La technologie de soudage par friction, déjà appliquée aux thermoplastiques et aux métaux depuis plusieurs décennies, est utilisée ici pour le bois. Les objectifs de notre travail sont la réalisation d’assemblages soudés par rotation ou vibration linéaire et l’étude des paramètres qui influent sur les caractéristiques des joints soudés, à savoir le type d’essence utilisée, l’orientation du fil, la conception du joint et les réglages machine (fréquence, amplitude de déplacement, pression, temps). Les performances mécaniques des assemblages ont été testées par cisaillement, traction et selon une approche de la mécanique de la rupture. Dans le cas du soudage rotatif, nous avons proposé un nouveau modèle de conception de joints plats avec une disposition en zigzag des tourillons qui conduit à des assemblages qui peuvent être utilisés pour des demandes non-structurales en extérieur avec de brèves durées d’exposition non protégée. Pour le soudage linéaire, il ressort que les paramètres fréquence de vibration et temps de soudage sont déterminants pour la qualité des assemblages. Alors que la microdensitométrie de rayons X et la microscopie électronique à balayage (MEB) ont permis d’observer une densification de l’interface soudée, les analyses par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et résonance magnétique nucléaire (RMN) du 13C ont mis en évidence des modifications chimiques du matériau dans cette zone qui conduisent à une amélioration de la résistance à l’eau des assemblages. Par ailleurs, l’analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée spectrométrie de masse (GC-MS) des gaz émis pendant le soudage démontre le caractère propre du procédé (vapeur d’eau majoritaire, quantités négligeables de CO2, absence de CO et de CH4). / Frictional wood welding, a technology already applied to weld thermoplastics and metals for several years, is used here to weld wood. The aims of this work were to put together welded wood joints either by linear or rotational welding as well as to study the parameters which have an influence on the characteristics of welded joints: thus, the wood species used, the orientation of the wood grain, the construction design of the joint and the welding parameters (such as the vibration frequency, displacement, welding pressure and welding time). The mechanical performance of the wood joints prepared were tested in shear, in tension as well as according to the principles of fracture mechanics. For rotational welding, a new planar joint design has been proposed with a zig-zag positioning of the welded dowels which led to joints that can be used for non-structural applications under exterior unprotected conditions for brief periods of time (up to one year). For linear vibration welding it was determined that the welding parameters used are determinant to the quality of the joints. Much improved joint strengths and water resistance were obtained as a consequence. Analysis by X-ray microdensitometry coupled to scanning electron microscopy have allowed to observe and follow the densification of the welded interface as a function of welding parameters. FTIR and 13C NMR analysis of the welded line have pointed out marked chemical modifications at the welded interface contributing to the improvement of both joint strengths and water resistance. Furthermore, gas chromatography analysis coupled with mass spectrometry (GC-MS) has allowed to determine the non-polluting nature of the mix of gases emitted during welding (Predominance of water vapour, traces only of CO2, absence of CO and CH4) and to list exactly the traces of the decomposition products issue during welding from the degradation of lignin and hemicelluloses.

Le sujet de cette thèse porte sur l'étude et la faisabilité de nouveaux actionneurs rotatifs à base de matériau actif magnétostrictifs (couplage fort entre les propriétés magnétiques et mécaniques de certains matériaux) afin de proposer des solutions innovantes pour remplacer, soit des actionneurs électriques classiques, soit des actionneurs hydrauliques dans les applications spécifiques comme l'aéronautique. Nous présenterons, de manière générale, les principaux phénomènes physiques mis en jeux, ainsi que les effets magnétostrictifs les plus remarquables. Nous comparerons ensuite ces matériaux à d'autres principes actifs, comme les piezo-électriques, à travers un état de l'art des actionneurs. Nous y aborderons les avantages économiques et les tendances d'évolutions qui font de ces matériaux adaptatifs, voire "intelligents" des objectifs économiques très importants, en mettant l'accent sur les composés magnétostrictifs dont les caractéristiques avantageuses nous intéressent particulièrement. Par la site, nous étudierons deux principes de réalisations d'actionneurs rotatifs magnétostrictifs à accumulation de pas, l'un de type spirale, l'autre de type barreau, en présentant un modèle hystérétique visant à expliquer le fondement des processus entrant en jeux, et en évaluant leurs performances par rapport à notre cahier des charges.

Le procédé industriel d’extraction d'inuline consiste en une diffusion de longue durée et à température élevée. Ce procédé induit l’extraction des sucres mais également des impuretés. Les étapes de purification de jus deviennent alors plus complexes. Pour pallier à ces problèmes, il est essentiel de réduire la température de diffusion pour limiter l’extraction des impuretés. Récemment, la technique de champs électriques pulsés (CEP) a démonté ses avantages dans le domaine sucrier et également dans d’autres applications agro-alimentaires. L’objectif de ce travail de thèse est de d’optimiser et valider la faisabilité de cette techniques dans le cas de la chicorée. Une purification par filtration dynamique est envisagée et proposée pour remplacer la purification classique. Les résultats de l’extraction montrent qu’il est possible d’intensifier l’extraction de l’inuline par application de CEP. Le prétraitement des cossettes de chicorées à 600 V/cm et 50 ms, réduit de 20°C la température de diffusion (60°C au lieu de 80°C actuellement). Une économie d’énergie importante est réalisée (gain 90 kJ/kg chicory juice). La combinaison innovante d’un prétraitement électrique et un traitement thermique (chauffage ohmique) provoque une perméabilisation importante des cellules et permet de réaliser des diffusions « à froid ». Les analyses qualitatives de jus de diffusion classique et jus CEP montrent que la pureté des extraits CEP est plus élevée (87.2% vs 86.7%). Les essais de filtration sur membrane montrent que les performances de la filtration (pureté, flux, colmatage,…) dépendent énormément de l’origine de l’extrait. Le jus CEP contient moins d’impureté que le jus thermique, est donc plus facile à filtré. Cependant, col matage de membrane restent dans les deux cas important. Un module de filtration dynamique avec disque rotatif a été utilisé pour améliorer les performances de la filtration. Ce module a permit de réduire le colmatage des membranes, améliorer la pureté des extraits et atteindre des facteurs de réduction volumique important (10). / Industrial inulin extraction requires high temperature and long duration to ensure inulin productivity. In addition complex steps are necessary to purify extracted chicory juice and to obtain inulin with desirable purity. In order to avoid the extracting of inulin at high temperature, to obtain chicory juice with better quality and to purify chicory juice with more simple operation, pulsed electric fields (PEF) and membrane filtration were applied to this study : PEF was used to intensify inulin extraction from chicory roots. By pre-treatment of chicory slices at 600 V/cm, diffusion temperature at pilot scale can be decreased to 60oC from about 80oC (industrial extraction condition) to obtain comparable juice inulin concentration. Moreover, this moderate temperature diffusion brought out interesting energy savings compared to that of conventional diffusion. For the goal of extracting inulin at “cold” condition (for example 30oC) PEF induced combined electroporation/ohmic heating pretreatment was applied for chicory tissue denaturation. Better solute extraction was observed after effective damage of chicory tissue diffusivity.Juice extracted from PEF assisted diffusion (PEF juice) was confirmed had higher inulin purity and less impurity in comparison to juice from conventional thermal diffusion process. The juice was purified by membrane filtration in order to investigate a simple chicory juice purification method. Since it contains less impurity, dead-end filtration performance of PEF juice was significantly improved, with less membrane fouling and higher inulin purity in filtrate. However, permeate flux of membrane filtration was seriously restricted by the membrane fouling. In order to improve filtration flux, rotating disk module was introduced in this study for clarification and purification of chicory juice. Elevated shear rate of rotating disk (1500–2000 rpm) could effectively control or even eliminate membrane fouling and lead to satisfying carbohydrate transmission (98%) and desirable permeate flux even at high volume reduction ratio (10). In view of energy saving, optimization of RDM assisted chicory juice filtration was carried out and yielded optimal operation conditions to maximize average flux and minimize specific energy consumption.

Les fauteuils roulants « intelligents » dotés de facultés de navigation autonomes visent à soulager les personnes handicapés moteurs ayant des difficultés à conduire un fauteuil électrique standard. Depuis les années 80, de nombreuses études ont été menées pour réaliser de tels prototypes mais très peu ont abouti à de réels progrès pour les utilisateurs et ce uniquement pour des fonctionnalités simples. Cela peut s'expliquer par plusieurs facteurs, notamment la sous-estimation des contraintes d'acceptabilité et d'adaptabilité. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir une assistance à la conduite sous respect de ces contraintes. Pour cela, nous réalisons un système léger, composé de trois capteurs laser, d'une caméra et d'un micro-ordinateur. Il est susceptible de s'adapter sur tout type de fauteuil électrique et nous a permis de développer les fonctionnalités de franchissement de passage étroit et de suivi de mur ainsi qu'une interface humain-machine ergonomique. Celle-ci est établie par une commande « déictique » qui consiste à fournir un aperçu de l'environnement sur lequel l'utilisateur désigne la tâche autonome choisie par son lieu d'application, le fauteuil réalisant automatiquement l'action correspondante. Tout contact sur le joystick rend immédiatement le contrôle du fauteuil à l'utilisateur afin qu'il ne se sente pas prisonnier de l'assistance, ainsi le pilotage se compose d'une alternance de commandes manuelles et d'indications sur l'interface. Ensuite, l'évaluation de notre assistance à la conduite s'est déroulée en trois étapes. La première, qualitative, a consisté à présenter et à faire essayer le système à des utilisateurs potentiels. Dans un second temps nous avons comparé quantitativement les performances de la conduite assistée avec celles d'une conduite manuelle sur un panel de sujets valides (temps de parcours, nombre d'actions réalisées, indice de confort...). La troisième étape a consisté à évaluer la charge cognitive des utilisateurs dans les deux modes de conduite en mesurant la charge attentionnelle et la capacité décisionnelle à partir d'une méthode de douche tâche / The Smart Wheelchairs, that are equipped for autonomous navigation functionalities, aim to relieve people with disabilities who have difficulty to drive a standard electric wheelchair. Since the 80s, many studies have been conducted to design such prototypes but very few have led to real progress for users and only for simple functionalities. This can be explained by several factors, including the underestimation of the constraints of acceptability and adaptability. In this context, our goal is to provide a driving assistance in respect of these constraints. For this, we design a lightweight system, consisting of three laser sensors, a camera and a computer. It is adaptable to any type of electric wheelchair and allowed us to develop the functionalities of passing through of the narrow passages and wall following, as well as an ergonomic human-machine interface. This latter is established by a deictic command which consists in to provide an overview of the environment where the user indicates the chosen autonomous task by his application location, and then the wheelchair performs the corresponding action automatically. Moreover, all contact with the joystick gives back the control to the user so that he does not feel a prisoner of assistance; well the driving is composed of alternating manual controls and indications on the interface. Finally, the evaluation of our assistance in the conduct took place in three stages. The first, qualitative, is to present and to do try the system to potential users. In a second step, we compare quantitatively the performance of the assistance driving with those of a manual driving on a panel of valid persons (travel time, number of actions, discomfort index?). The third step is to assess the cognitive load of users in both driving modes by measuring the attentional load and decision-making capacity from a dual task method

La Centrale de traitement d'Air par Dessiccation (CAD) offre un contrôle complet de la température et de l'humidité dans les locaux climatisés. Son élément clé est la roue dessicante qui permet la dessiccation de l'air et une régénération continue. A travers cette étude, nous nous intéressons au développement d'une méthodologie pour obtenir un modèle dynamique de la roue utilisable dans les algorithmes de contrôle avancés de la CAD. La roue dessicante peut être considérée comme un système de type multi-entrées/multi-sorties (MIMO). La seconde partie de ce mémoire concerne l'identification expérimentale des paramètres des modèles d'état de la roue dessicante pour deux types de modèles : boîte noire et boîte grise. Dans le cas de la boîte noire, tous les paramètres du modèle sont identifiés expérimentalement. Dans le cas de la boîte grise, certains paramètres sont dérivés de considérations physiques et les paramètres restants sont identifiés en utilisant les mesures expérimentales des entrées et des sorties. Les paramètres du modèle boîte grise ont une signification physique. En comparaison avec les modèles boîte noire, les modèles boîte grises sont moins précis sur le domaine sur lequel les paramètres ont été identifiés, mais beaucoup plus précis en dehors de ce domaine. Comme les paramètres ont une signification physique, leurs valeurs ne varient pas de manière significative avec le point de fonctionnement utilisé pour l'identification. Dans l'approche boîte grise, les valeurs des paramètres obtenues pour les modèles linéaires sont presque identiques pour tous les modèles locaux du coté dessiccation et pour tous les modèles locaux du coté régénération ; cela nous a permis de considérer qu'un modèle local est valable pour tout le domaine de variation des variables d'entrée. Le modèle final de la roue dessicante se compose de deux modèles globaux : un pour le côté de la dessiccation et l'autre pour le côté de la régénération. La troisième partie de ce travail consiste dans l'identification des coefficients de transfert de masse et de chaleur au sein de la roue dessicante en utilisant un modèle boîte grise. Le coefficient de transfert de masse, le coefficient de transfert convectif et le nombre de Nusselt ont été obtenus en écrivant les paramètres du modèle d'état en fonction d'une seule variable et en exprimant les paramètres en fonction des caractéristiques géométriques et des propriétés de matériaux de la roue. Ce travail contribue au développement d'un modèle d'état utilisable pour la synthèse des algorithmes de contrôle pour la roue dessicante.

L'approche écotoxicologique ne se limite pas à l'évaluation des risques de toxicité de pesticides sur les organismes, elle s'élargit à la nécessité d'évaluer, à l'échelle de l'écosystème aquatique, les conséquences de la perturbation sur les communautés et les descripteurs de bio-indication associés. Dans ce contexte, les biofilms phototrophes d'écosystèmes aquatiques constituent un modèle d'étude pertinent de par la complexité des structures de communautés microbiennes, leur dynamique spatiale et temporelle, et la variété des fonctions hébergées. Par une première approche écologique, la manipulation de la structure de communautés microbiennes de biofilms phototrophes a été explorée en conditions " naturelles " dans des rivières, et en conditions " contrôlées " avec un prototype de bioréacteur photosynthétique à écoulement hydrodynamique du type Taylor - Couette. Ces expériences soulignent que la structure des communautés microbiennes résulte de processus de successions écologiques, gouvernés par des facteurs allogènes et/ou autogènes en fonction de leur stade de maturation. Enfin par une seconde approche écotoxicologique, les réponses structurelles et fonctionnelles de biofilms phototrophes exposés à l'alachlore ont été évaluées en intégrant le stade de maturation (facteurs autogènes) et l'histoire (facteurs allogènes) des biofilms phototrophes. Les résultats désignent les biofilms phototrophes comme des outils prometteurs en tant que bio-indicateurs de la qualité des eaux lorsqu'ils sont caractérisés par une approche multi-métrique composée de descripteurs fonctionnels et structurels

Ce travail est focalisé sur la synthèse par voie sèche des ferrates de métaux alcalins (A2FeVIO4, A = K, Na) en utilisant le chlore comme oxydant. Les ferrates (VI) sont des composés qui contiennent du fer sous son état d’oxydation +6. Leur importance s’avère grandissante dans le traitement des eaux et des effluents industriels du fait de la nature multifonctionnelle du FeVI. Bien que l’existence de ferrates alcalins soit citée depuis un siècle, ceux-ci n’ont pas fait l’objet d’un nombre considérable d’études. Ceci est principalement du à leur instabilité et aux difficultés concernant les méthodes de préparation. La synthèse de ferrates alcalins dans le réacteur rotatif a été réalisée à température ambiante et la réaction totale de synthèse fut exothermique. Pour les expériences effectuées, des quantités de réactants solides (sel de fer + AOH) allant de quelques dizaines de grammes jusqu’à 400 grammes ont été utilisées. Les effets de différents paramètres sur le déroulement de la synthèse ont été étudiés. Afin d’améliorer le processus de synthèse et appliquer l’extrapolation industrielle, la synthèse de ferrates a été réalisée au sein d’un réacteur à lit fluidisé. Le procédé consiste premièrement, à mélanger préalablement l’hydroxyde de sodium (NaOH) avec le sulfate ferreux (FeSO4?H2O) et deuxièmement, à fluidiser le mélange obtenu en présence du chlore dilué. L’application de ce procédé permet d’atteindre un rendement en FeVI d’environ 56 %. Les résultats obtenus témoignent d’un processus propre et innovant et d’un faible coût pour la synthèse des ferrates de métaux alcalins à plus grande échelle / This work is focused on the dry method synthesis of alkaline metal ferrates (A2FeVIO4, A = K, Na) by using chlorine as oxidant. The ferrates (VI) are compounds which contain iron under its oxidation state +6. They gain growing importance in the industrial effluent and water treatment because of multipurpose nature of FeVI. Although the existence of alkaline ferrates has been mentioned for one century, the alkaline ferrates were not the subject of a considerable number of studies. This is mainly due to their instability and difficulties concerning the methods of preparation. The alkaline ferrate synthesis in the rotary reactor was carried out at room temperature and the whole reaction of synthesis was exothermic. For the realized tests of synthesis, solid quantities of (iron salt + AOH) of a few tens of grams up to 400 grams were used. The effects of various parameters on the synthesis process were studied. In the perspective of improving the process of synthesis and applying the industrial extrapolation, the synthesis of ferrate was realised in a fluidized bed reactor. The proceeding occurs by two successive steps: the first consisting in mixing beforehand the sodium hydroxide with ferrous sulphate and the second to fluidize the mixture obtained in the presence of diluted chlorine. The application of this process makes possible to attain a yield in FeVI of about 56 % and the results obtained show a clean and innovative process of low cost for the synthesis of alkaline metal ferrates on a large scale

Aujourd’hui, la fabrication des turbomachines est conditionnée par des normes de plus en plus restrictives. L'enjeu industriel pour les chercheurs est d'envisager des solutions optimales visant à réduire les sources de perte d'énergie, d'instabilité et du bruit, en particulier l'écoulement de jeu (débit de fuite). Des actions préliminaires ont été élaborées à Arts & Métiers ParisTech sur le rotomoulage du ventilateur axial de refroidissement d'automobile. L'idée de ce travail est d'utiliser la forme creuse induite par le rotomoulage afin de l'exploiter dans le controle de l'écoulement de jeu radial par soufflage rotatif. Pour cela, la virole comporte des trous d'injection orientés de façon à réduire simultanément le débit de fuite et le couple. Dans ce travail, trois parties ont été traité. La première concerne la réalisation du ventilateur par rotomoulage. La deuxième concerne l'étude expérimentale menée dans le banc d'essai ISO 5801. Cette étude comporte la réalisation d'un montage dédié au contrôle par soufflage rotatif, la métrologie menée pour la détermination des performances globales et la caractérisation de la vitesse axiale du sillage proche. La troisième partie traite la modélisation numérique des conditions expérimentales rentables ensuite l'extrapolation du travail vers des taux d'injection importants. Pour ce dernier, on arrive à annuler le débit de fuite avec un gain considérable du couple mettant ainsi le ventilateur en autorotation. / Nowadays, the manufacture of turbomachinery is conditioned by more and more restrictive rules. The industrial challenge for researchers has to consider optimal solutions to reduce sources of energy loss, instability and noise, particularly the tip clearance flow (leakage flow rate). Preliminary actions have been developed at Arts & ParisTech on rotational molding process used for the automobile cooling axial fan. The idea of this work is to use the hollow shape induced by rotational molding process in order to exploit it in the control of tip clearance flow through rotary steady air injection. For this, the shroud ring is composed of injection holes oriented in such away to reduce both of leakage flow rate and the torque. In this work, the thesis focuses on three parts. The first concerns the build of the fan by rotational molding process. The second concerns the experimental study carried out in the ISO 5801 test bench. This study involves the realization of drive system dedicated to rotary steady air injection, metrology for performance determination and the characterization of the near wake axial velocity. The third part deals with the numerical modeling of efficient experimental conditions, then the extrapolation of work towards high injection rates. For this latter, it is possible to cancel leakage flow rate with a considerable gain of the torque thus putting the fan in autorotation.

Ce mémoire décrit des essais de la micro et l'ultrafiltration dynamique effectués avec trois pilotes de laboratoire, un pilote MSD à disque membranaire rotatif sur deux arbres, un pilote à disque rotatif avec une membrane organique fixe, et un pilote à cylindre tournant avec une membrane concentrique. Le module MSD a été testé en microfiltration de suspensions de CaCO3 où nous avons comparé des membranes céramiques et organiques. Les essais ont confirmé l'importance du recouvrement des disques. Ensuite, nous avons appliqué le système de MSD aux traitements des effluents modèles de surfactants anioniques (solutions de SDBS et SDS), avec une comparaison au système à disque rotatif, qui permettait une pression plus élevée de fonctionnement. En terme de flux de perméat et de taux de rétention, ces deux systèmes possèdent des avantages par rapport aux systèmes de filtration tangentielle classique. Puis, les modules à disque rotatif et à cylindre tournant ont été employés à l'ultrafiltration des solutions d'albumine bovine (BSA) pour simuler l'hémofiltration (traitement de l'insuffisance rénale aiguë).

L'augmentation constante de la circulation automobile a travers le monde fait des effluents gazeux un des problèmes majeurs de toutes les sociétés modernes. Tant d'un point de vue économique et écologique, chacun s'accorde sur le fait que la consommation de carburants fossiles utilisés dans le transport doit baisser, principalement en réduisant le poids des véhicules. Le développement de matériaux à hautes performances et à bas prix est donc indispensable. Pour atteindre cet objectif, cette étude visait à élucider les interactions entre la déformation et les transformations de phase dans les aciers a hautes performances qui pourraient remplir les conditions de réduction de poids. En effet, une large gamme de travaux a montrer que les transformations de phase induites mécaniquement (effet TRIP) de l'austénite peuvent être à l'origine d'une amélioration des propriétés mécaniques dans de nombreuses nuances d'acier. Les transformations de phase induites par la déformation dépendent de deux paramètres : la stabilité relative et l'énergie de fautes d'empilement de l'austénite, qui sont affectes par différents facteurs. Les interactions entre les transformations de phase et les propriétés mécaniques de différentes nuances Cr-Ni et Mn-Si-Al furent examinées sous plusieurs conditions de taille de grain, de température et d'état de chargement. Des relations particulières furent établies entre les phénomènes qui se produisent a l'échelle des grains individuels et a l'échelle macroscopique. Les mécanismes cristallographiques des transformations de phase successives (austénite - martensite e - martensite a') ont été mis en évidence. Finalement, différentes techniques de raffinage de la taille de grain furent utilisées pour produire des aciers inoxydables comportant des tailles de grain variées, et l'efficacité de ces techniques a été comparée. Pour cela, les cinétiques de retransformation, recrystallisation et croissance des grains ont été étudiées. La réduction de taille des grains par cycles de transformations de phase fut établie comme plus efficace de la méthode classique par déformation - recristallisation. / The continuously increasing use of automobiles all over the world, is making of gas effluents one of the major concerns for all modern societies. From economical and ecological points of view, everyone agrees on the fact that the consumption of fossil fuels for transport must decrease, particularly by vehicle weight reduction. Development of high performance materials at low cost is therefore needed. In order to achieve this requirement, the present work aimed at investigating the interactions between straining and phase transformations in high performance steels that could meet the weight saving requirements. Indeed, a wide range of studies has shown that mechanically-induced phase transformations (TRIP effect) of the austenite may bring about improved mechanical properties in different steel grades. Strain-induced phase transformations depend on two parameters : the relative stability and the stacking fault energy of the austenite, which are affected by different factors. The interactions between the phase transformations and the mechanical properties of different Ni-Cr and Mn-Si-Al grades were examined under various conditions of grain size, temperature or stress state. Particular relationships were clearly established between the phenomena taking place at the scale of the individual grains and at the macroscopic scale. The crystallographic mechanisms of the successive strain-induced phase transformations (austenite - e-martensite - a'-martensite) has been clarified. Finally, different techniques of grain refinement were used to process stainless steels with various grain sizes, assessing the efficiency of these techniques. Therefore, the kinetics of retransformation, recrystallisation and grain growth were studied. Grain refinement by cycles of phase transformations was found more effective than the classical deformation - recrystallisation method.