Le problème principal abordé dans cette thèse est la commande en qualité des colonnes à distiller. Les modèles de commande utilisés sont construits à partir de modèles dynamiques classiques issus d'une analyse physique. La méthode de construction repose sur une réduction par échelle de temps de ces derniers. Cette réduction a pour but de ne conserver que les phénomènes lents. Sur ces modèles réduits, nous appliquons des techniques de rejet de perturbations par retour non linéaire de l'état. Les lois de commande obtenues sont testées en simulation sur des modèles dynamiques de colonne, décrits par des systèmes algébro-différentiels d'index 1, nettement plus complets que les modèles de commande. Cette étude en simulation montre, pour une colonne binaire de 42 plateaux et pour une colonne multi-composés de 32 plateaux, la robustesse et l'intérêt de ces lois non linéaires de commande. La mise en œuvre sur deux colonnes de raffinerie confirme ces résultats. Elle montre également que l'instrumentation des colonnes et la puissance des ordinateurs de conduite sont suffisantes pour un calcul en ligne de ces lois non linéaires de commande. Un problème important, dont nous avons pris conscience lors de l'étude en simulation, concerne la résolution numérique des systèmes algébro-différentiels. En nous appuyant sur des résultats récents relatifs 'a l'inversion de systèmes dynamiques, nous étendons les notions d'index et de forme canonique, notions définies uniquement en linéaire et cependant très utilisées pour analyser la convergence des schémas numériques de résolution, aux systèmes algébro-différentiels non linéaires implicites. Nous proposons également un algorithme formel et explicite de réduction d'index, afin de transformer des systèmes d'index élevés pour lesquels les méthodes de résolution numériques font défaut, en systèmes d'index 1 pour lesquels existent des méthodes de résolution numérique performantes.

On se pose le problème de commander un CMS (Continuous Stirred Tank Reactor, ou réacteur continu mélangé) siège d'une ou plusieurs réactions exothermiques donnant lieu à des phénomènes d'emballement ou d'extinction. Pour cela, on met tout d'abord en évidence une propriété de régularité de la cinétique isotherme qui permet de construire un diagramme thermique stationnaire au vu duquel l'emballement apparaît comme lié à une situation mathématique générale, à savoir celle d'une bifurcation col-nœud par rapport à un paramètre de commande. On utilise à cette occasion un théorème global des fonctions implicites développé pour les besoins de la cause. Ceci étant, on démontre que sans hypothèse supplémentaire, il est possible de supprimer le phénomène indésirable et de stabiliser le réacteur à n'importe quelle température de fonctionnement à l'aide d'un retour de température, de type proportionnel ou proportlonnel-Intégral à grand gain proportionnel. En particulier, on calcule une borne inférieure de gains proportionnels stabilisants permettant de réduire les contraintes sur le gain intégral à une simple condition de signe. Par ailleurs, la stabilisation en question est de type locale asymptotique, mais on prouve aussi un résultat global dans le cas particulier: A --> B. Enfin, l'approche est généralisée localement au cas d'un système non linéaire quelconque à une entrée et une sortie présentant une bifurcation col-nœud par rapport à la commande.

Une des problématiques liées à l'utilisation des matériaux composites dans les structures tient à la difficulté de prévoir l'effet des variabilités inhérentes à ce type de matériau sur le comportement mécanique. Les propriétés d'une structure composite dépendent non seulement du procédé, mais aussi des matières premières et des choix de conception. Dans le but d'introduire des variabilités géométriques dans le calcul numérique des pièces composites, on part dans ce travail de l'hypothèse que les variations des grandeurs géométriques ne sont pas distribuées totalement aléatoirement, mais que celles-ci suivent des évolutions spatiales continues. Pour que les valeurs d'entrée qui nourrissent le modèle numérique soient basées sur la réalité du matériau, l'identification et la quantification des plages de variabilités et de leurs évolutions sont réalisées sur la période de la fabrication de plaques composites CFRP comptant ici 16 plis avec une stratification quasi isotrope et polymérisées en autoclave. Parmi les sources de variabilité identifiées et quantifiées, l'étude de la répartition des désalignements des fibres dans le plan et de l'évolution des variations des épaisseurs des plis a mené à la proposition de lois mathématiques d'évolution spatiale basées sur la réalité du matériau dans la pièce. Ces lois mathématiques sont ensuite utilisées pour récréer numériquement plusieurs structures composites différentes de la structure observée mais qui possèdent des valeurs de dispersions des propriétés similaires aux plaques réelles. Enfin, les structures numériques sont analysées dans un modèle éléments finis pour évaluer l'impact des dites variabilités géométriques et matériaux sur les propriétés mécaniques de la structure finale au travers de plusieurs études de cas. / One of the major challenges related to the use of composite materials in structural applications is the difficulty to predict the effect of their inherent variabilities on the mechanical behaviour for such materials. The structural properties do not only depend on the fabrication process, but also depend on the raw materials and design considerations. The major goal of this thesis is the introduction of geometrical variabilities into a finite element (FE) model starting from the hypothesis that geometrical variations are not completely randomly distributed, but they maintain a spatial continuous evolution. To guarantee that the input parameters of the FE model are based on the reality of the material, the identification and quantification of the variability distributions together with their spatial evolutions are performed during the fabrication of CFRP composite plates. These plates have a 16 ply quasi-isotropic stratification and are cured in autoclave. Among the identified and quantified variability sources, the study of the in plane fibre misalignments and the evolution of the ply thickness variations has conducted to the proposition of mathematical representations of the spatial evolution of these variables based on the material reality. These mathematical representations are used to recreate different sets of virtual composites structures maintaining dispersion values similar to the real plates. Finally, the virtual structures are analysed in the FE model to evaluate the impact of such geometrical and material variabilities on the mechanical properties of the final structure.

Depuis plusieurs années, un intérêt grandissant pour les véhicules hybrides se fait sentir de la part des constructeurs. Que ce soit pour un modèle hybride, thermique et électrique, ou un modèle tout électrique, la masse importante d'un véhicule de type roadster va à l’encontre des objectifs de réduction de la consommation de carburant et d’augmentation de l’autonomie. Aussi, l’optimisation du châssis d'un roadster a été entreprise pour réduire la masse globale du véhicule. Le but de cette maîtrise est de juger de la viabilité mécanique et économique d’un châssis d’aluminium pour le roadster. Au changement de matériau vient s’ajouter la sélection d’un procédé d’assemblage pertinent. Les critères de choix seront la réduction de la masse du châssis après assemblage, le contrôle de son coût, l’assurance de sa bonne résistance mécanique, notamment en fatigue, et la rigidité de la structure. Plusieurs méthodologies ont été élaborées pour guider la conception des pièces en aluminium et permettre le choix d’un procédés d’assemblage pertinent. Appliquées au roadster, elles ont permis d’aboutir à la création de structures optimisées. Les méthodologies développées ont été formalisées pour être utilisables sur d’autres projets similaires.

Le manuscrit est intitulé "Caractérisation et intensification des procédés sous l'effet d'une contribution externe" et correspond à un travail de recherche multi-domaines, sur la connaissance, la mise en œuvre et l'étude de procédés utilisés en traitement d'eau. Pour les différents procédés abordés, la méthodologie suivie se révèle être la même : imposer à un système des conditions externes, afin d'acquérir de le caractériser ou de l'intensifier. Cette démarche a été initialement utilisée en plaçant un système d'adsorption dans des conditions hydrauliques telles que l'acquisition d'un coefficient de diffusion soit possible. Cette méthodologie a ensuite été appliquée lors d'imposition de champs électromagnétiques externes à un réacteur de cémentation ou lors d'aération de cultures biologiques par des mélangeurs statiques à des fins d'intensification. Par la suite, cette démarche est envisagée lors de futures recherches via l'imposition de champs ultrasonores à un système d'ultrafiltration ou à une oxydation de micropolluants sur matrice solide.

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Lors de la valorisation de bois traité en biocarburants, la compagnie CRB Innovations génère des eaux usées. Ces eaux sont fortement contaminées en biocides. Elles contiennent entre autres des composés phénoliques, dont le pentachlorophénol (PCP) ; des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ; du phosphore et des huiles et graisses (H&G). Elles ont aussi un potentiel hydrogène (pH) supérieur à 12. Ce mémoire porte sur l’efficacité de neuf procédés d’oxydation, simple et avancée, à décontaminer ces eaux. L’objectif du projet est l’atteinte des exigences des villes de Sherbrooke et d’East Angus concernant les rejets d’eaux dans les égouts sanitaires. Le tout doit également respecter la gamme de coûts de fonctionnement (OPEX), située entre 1 et 9 [signe de dollar]/m³ d’eaux traitées. Les procédés testés sont : UV, UV/TiO2, Fenton, H2O2, UV/H2O2, O3, O3/UV, O3/H2O2 et O3/UV/H2O2. Les critères étudiés sont, quant à eux, la réduction du pH, de la concentration en PCP et de la demande chimique en oxygène (DCO). Les procédés O3 et O3/H2O2 sont les plus favorables. Ils permettent de répondre aux exigences de pH et de PCP des deux villes après 30 minutes de traitement. Ils permettent également une réduction de la DCO de 30 et 48 % respectivement après 30 minutes. Pour les deux procédés, les conditions optimales sont un dosage d’O3 de 145 mg/L*min, un pH de 12,5 et un temps de traitement de 30 minutes. La concentration en H2O2 est de 3,75 mg/L pour O3/H2O2. Avec O3/H2O2, le pH atteint 7,75 et la concentration en PCP est de 0,07 mg/L après 30 minutes. La demande biologique en oxygène à 5 jours (DBO5) est également réduite considérablement après 30 minutes de traitement. L’efficacité du procédé est toutefois influencée par la matrice des eaux et le facteur d’échelle. Une analyse économique préliminaire a permis d’estimer qu’en conditions optimales les OPEX sont de 11,47 et 3,85 [signe de dollar]/m³ d’eau pour les procédés O3/H2O2 et O3 respectivement. Seul le procédé O3 respecte la gamme de coûts proposée par CRB. L’estimation préliminaire des coûts d’implantation (CAPEX) est de 3 millions [signe de dollar] pour les deux procédés. Compte tenu des résultats expérimentaux et économiques, le procédé O3 semble l’option la plus envisageable pour CRB. Il est toutefois important de s’assurer, par des analyses externes, que toutes les exigences des villes sont respectées avant d’utiliser ce procédé.

La machine synchrone à griffes est un dispositif très utilisé comme alternateur dans l’automobile. La fabrication de cette machine, produite en masse, met en œuvre des procédés impactant les caractéristiques des matériaux ferromagnétiques et donc, in fine , les performances de l’alternateur. Ce travail de thèse est donc consacré à étudier l’impact du processus de fabrication d’un stator Slinky (basé sur un enroulement d’une bande de tôle plutôt qu’un empilement) sur les propriétés magnétiques. Pour ce faire, une première partie du travail consiste à quantifier l’impact de chaque procédé mis en œuvre. Le but est de séparer les procédés les plus fortement impactant. Une campagne de caractérisation magnétique, sur des échantillons prélevés avant et après chaque procédé, a été réalisée. Les résultats montrent que le procédé d’enroulement est l’étape la plus destructive à cause des déformations et des contraintes engendrées dans le plan de la tôle à la fois en traction et en compression. L’optimisation de ce procédé nécessite donc d’établir le lien entre les propriétés mécaniques et magnétiques. Nous proposons une nouvelle méthode de caractérisation magnéto-mécanique. Elle permet de réaliser une caractérisation magnétique sous chargement uni axial en traction et en compression. Enfin, nous présentons des résultats montrant l’évolution du comportement magnétique, d’un matériau FeSi NO, en fonction de la déformation et de la contrainte appliquée. / The synchronous claw pole machine represents a widely used device, as an alternator, in the automobile industry. The production of this machine implements a line of several processes which impact the characteristics of ferromagnetic materials and, ultimately, the performance of the alternator. Therefore, this work is devoted to studying the impact of the manufacturing processes of a Slinky stator (based on a rolled sheet metal strip rather than stacked sheets) on the magnetic properties. To reach our goal, a first task consists in quantifying the impact of each manufacturing process. The aim is to separate the most detrimental processes. Thus, a magnetic measurement campaign was carried out on samples withdrawn before and after each process.The results show that the rolling step represents the most detrimental process due to the generated stresses and strains in the plane of the sheet in both modes (tension and compression). Therefore, the optimization of this process requires setting up the link between the mechanical and magnetic properties. Hence, we propose a new method of magneto-mechanical characterization. It enables to carry out magnetic measurements under uniaxial loading (tension and compression). Finally, we present results showing the evolution of the magnetic behavior of a FeSi NO material depending on the applied stress and strain.

Gum arabic, a tree exudate, is essentially used for its binding and emulsifying properties. This natural product is a complex mixture of covalently linked proteins and charged polysaccharides moieties, differing in their molecular mass and hydrophobicity. A large body of literature now exists on the structure and interfacial properties of gum Arabic but a comprehensive description of the relationship between interfacial composition, interfacial structuration and emulsion metastability remains elusive. In the literature, gum Arabic is described as a mixture of three fractions: an arabinogalactan rich polysaccharide fraction, a polysaccharide-protein conjugates fraction and a fraction of glycoproteins. The conjugate fraction is thought to be responsible for the emulsifying and stabilizing properties of the gum, with the protein part adsorbing at oil droplets surface and the carbohydrate moieties providing steric repulsion between droplets. In this work, we have investigated the microscopic behavior of the gum species in solution and at oil/water interfaces. The first step was to characterize the structure of gum Arabic species in solution. A twodimensional separation of the gum molecules was performed using size exclusion chromatography followed with by hydrophobic interaction separation, which confirmed the highly heterogeneous composition of the gum. Small angle X-ray and neutron scattering measurements on the gum and its fractions led us to propose a structural representation of the gum conjugated moieties. Then the composition of adsorbed gum Arabic films as compared to gum Arabic solutions has been investigated. An increase in the protein rate of the interfacial film showed the crucial role of the polypeptide moieties on the adsorption. The composition of the adsorbed film was shown to differ from the bulk but remained heterogeneous in size and hydrophobicity. A mass balance revealed a strong dependence between the emulsion formulation (gum concentration and physico-chemical parameters) and the surface concentration, while the composition of the interface was only slightly changed. These results suggest that gum Arabic adsorbing species must adopt conformational changes depending on emulsification conditions. In a third stage, we have addressed the stabilization mechanisms resulting from the adsorption of gum Arabic amphiphilic species. For that purpose, we have developed a method to recover the adsorbed species within an oil-in-water emulsion. This method allowed us to unveil a structuration of the adsorbed film. Species recovered from the interface displayed aggregation, the magnitude of which directly depended on the coverage density and protein rate of the adsorbed film. The metastability of emulsions, stabilized with gum Arabic, increased upon promoting interfacial structuration, i.e. when the aggregation rate of adsorbed species was enhanced. Such behavior has not been reported so far in the literature and we believe that it is a key mechanism of gum Arabic-based on emulsions. Finally, small angle neutron scattering experiments (contrast match between the continuous and dispersed phases) disclosed differences of structuration between two regimes of interface coverage. These observations were discussed in the light of the comparison with the scattering spectra of gum Arabic solutions. To conclude, this thesis revolves around the composition/structuration relationship in gum Arabic-stabilized emulsion stabilized and demonstrates that an original mechanism is at play in this complex system.

Ce travail s’intéresse à évaluer l’efficacité de procédés d’oxydation avancée pour l’élimination de pesticides dans l’eau, plus particulièrement l’acide 2,4-dichlorophénoxyacétique (2,4-D), un herbicide largement répandu, qui a été récemment classé comme cancérogène possible pour l’homme. Ces procédés utilisent différents types de rayonnement – UV/visible, ultrasons, rayons gamma –, seuls ou en combinaison avec des oxydants et/ou catalyseurs (ozone, peroxyde d’hydrogène, réactif de Fenton). L'influence du pH, de la dose d'oxydant, du type et de la concentration du catalyseur, du spectre d'irradiation lumineuse, de la dose de rayons gamma et de la fréquence ultrasonore est également analysée, de façon à déterminer par plans d’expériences les plages de fonctionnement optimales pour la conversion et la minéralisation du polluant. Parmi les procédés individuels, seules l’ozonation et l’oxydation Fenton homogène d’une part, la photolyse et l’irradiation gamma d’autre part permettent d’éliminer plus de 25% du carbone organique total en 1 heure. La sonolyse (à haute fréquence) apparaît comme le traitement moins performant, avec une dégradation du 2,4-D inférieure à 15% sur la même durée. Par ailleurs, des effets synergiques marqués sont mis en évidence en associant les différents types de rayonnement avec H2O2 ou le réactif de Fenton. Dans le dernier cas, le polluant est décomposé en moins de 10 minutes, tandis que le rendement de minéralisation est plus que doublé par rapport aux procédés séparés. Il en est de même pour le procédé couplé UV/O3 par rapport à l’ozonation et la photolyse seules. Ramenés à leur consommation énergétique, les traitements les plus efficaces sont, respectivement en termes de conversion et de minéralisation, l’oxydation radio-Fenton et l’oxydation photo-Fenton utilisant une lampe UV à basse pression de mercure. Par ailleurs, contrairement à la photolyse, ce dernier procédé est également activé par une lampe à arc Xenon, dont le spectre d’émission est proche de celui de la lumière du soleil. Sur la base de ces résultats, un photo-réacteur solaire à recirculation est mis en œuvre pour traiter par oxydation photo-Fenton homogène des solutions de 2,4-D, préparées dans l’eau du robinet ou une eau résiduaire en entrée de station d’épuration. Dans les deux cas, la conversion du pesticide dépasse 95% en 1 heure et sa minéralisation 75% en 5 heures. Par ailleurs, l’eau ainsi traitée respecte tous les paramètres de qualité établis par la norme cubaine de rejet des eaux usées, en incluant une étape successive de neutralisation avec Ca(OH)2 et de filtration. Enfin, plusieurs parmi les meilleurs procédés sont évalués pour éliminer deux autres pesticides organochlorés, particulièrement toxiques et persistants dans l’environnement : le chlordécone et le bêta-hexachlorocyclohexane. Des résultats encourageants sont obtenus, avec une dégradation pratiquement totale des polluants en cinq heures, ce qui démontre l’intérêt des méthodes étudiées pour cette problématique.