Abstract : This thesis considers the discrimination of inlet / exhaust noise of aero-engines in free-field static tests using far-field microphone arrays. Various techniques are compared for this problem, including classical beamforming (CB), regularized inverse method (Tikhonov regularization), LI - generalized inverse beamforming (LI-GIB), clean-PSF, clean-SC and two novel methods which are called hybrid method and clean-hybrid. The classical beamforming method is disadvantaged due to its need for a high number of measurement microphones in accordance with the requirements. Similarly, the inverse method is disadvantaged due to their need of having a priori source information. The classical Tikhonov regularization provides improvements in solution stability, however continues to be disadvantaged due to its requirement of imposing a stronger penalty for undetected source positions. Coherent and incoherent sources are resolved by LI-generalized inverse beamforming (L1-GIB). This algorithm can distinguish the multipole sources as well as the monopoles sources. However, source identification by LI-generalized inverse beamforming takes much time and requires a PC with high memory. The hybrid method is a new regularization method which involves the use of an a priori beamforming measurement to define a data-dependent discrete smoothing norm for the regularization of the inverse problem. Compared to the classical beamforming and the inverse modeling, the hybrid (beamforming regularization) approach provides improved source strength maps without substantial added complexity. Although the hybrid method rather solves the disadvantage of the former methods, the application of this method for identification of weaker sources in the presence of the strong sources isn't satisfactory. This can be explained by the large penalization being applied to the weaker source in the hybrid method, which results in underestimation of source strength for this source. To overcome this defect, the clean-SC method and the proposed clean-hybrid method, which is a combination of the hybrid method and the clean-SC, are applied. These methods remove the effect of the strong sources in source power maps to identify the weaker sources. The proposed methods which represent the main contribution of this thesis show promising results and opens new research avenues. Theoretical study of all approaches is performed for various sources and configurations of array. In order to validate the theoretical study, several laboratory experiments are conducted at Universito de Sherbrooke. The proposed methods have further been applied to the measured noise data from a Pratt & Whitney Canada turbo-fan engine and have been observed to provide better spatial resolution and solution robustness with a limited number of measurement microphones compared to the existing methods. / Résumé : La présente thèse étudie la discrimination du bruit d'entrée / de sortie des moteurs d'avion dans des tests statiques en champ libre en utilisant des antennes de microphones en champ lointain. Diverses techniques sont comparées pour ce problème, dont la formation de voie classique (CB), la méthode inverse régularisée (régularisation de Tikhonov), la formation de voies généralisée inverse (L1-GIB), Clean-PSF, Clean-SC et deux méthodes proposées qui s'appellent la méthode hybride et la méthode Clean-hybride. La méthode la formation de voie classique est désavantagée en raison de son besoin de nombreux microphones de mesure. De même, la méthode inverse est désavantagée en raison du besoin d'information a priori sur les sources. La régularisation Tikhonov classique fournit des améliorations dans. la stabilité de la solution; cependant elle reste désavantageuse en raison de son exigence d'imposer une pénalité plus forte pour des positions de source non détectées. Des sources cohérentes et incohérentes peuvent être résolues par la formation de voies généralisée inverse (L1-GIB). Cet algorithme peut identifier les sources multi- polaires aussi bien que les sources monopolaires. Cependant, l'identification de source par la formation de voies généralisée inverse prend beaucoup de temps et exige un ordinateur avec une capacité de mémoire élevée. La méthode hybride est une nouvelle méthode de régularisation qui implique l'utilisation d'un traitement par formation de voie a priori pour définir une norme discrète et dépendante des données pour la régularisation du problème inverse. En comparaison avec la formation de voie classique et la méthode inverse, l'approche hybride (régularisation par formation de voie) fournit des cartographies améliorées d'amplitudes de sources sans aucune complexité supplémentaire substantielle. Bien que la méthode hybride lève les limitations des méthodes classiques, l'application de cette méthode pour l'identification de sources de faible puissance en présence de sources de forte puissance n'est pas satisfaisante. On peut expliquer ceci par la plus grande pénalisation appliquée à la source plus faible dans la méthode hybride, qui aboutit à la sous-estimation de l'amplitude de cette source. Pour surmonter ce défaut, la méthode Clean-SC et la méthode Clean-hybrides proposée qui est une combinaison de la méthode hybride et de Clean-SC sont appliquées. Ces méthodes éliminent l'effet des sources fortes dans les cartographies de puissance de sources pour identifier les sources plus faibles. Les méthodes proposées qui représentent la contribution principale de cette thèse conduisent à des résultats fiables et ouvrent des nouvelles voies de recherche. L'étude théorique de toutes les approches est menée pour divers types de sources et de configurations microphoniques. Pour valider l'étude théorique, plusieurs expériences en laboratoire sont réalisées à Université de Sherbrooke. Les méthodes proposées ont été appliquées aux données de bruit mesurées d'une turbo-soufflante Pratt & Whitney Canada pour fournir une meilleure résolution spatiale des sources acoustique et une solution robuste avec un nombre limité des microphones de mesure comparé aux méthodes existantes.

Sampling data of many surface water bodies in Broward County tend to reveal abnormal levels of bacterial concentrations for total coliform, Escherichia coli and Enterococcus. Given the presence of septic systems in geohydrologically sensitive areas throughout the County, several studies (Morin 2005 and Bocca 2007) suggested a correlation in the high bacterial densities and the septic sites. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2014. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

The diploma thesis deals with the application of acoustic methods for evaluating the technical condition of the shock absorbers. Analysis of acoustic radiation during damping operation leads to the definition of a new non-contact diagnostic methodology that can determine the condition of the shock absorbers. The first part of the thesis focuses on the noise radiation of the shock absorbers, which is caused by discontinuous dumping. Further, the methods for the noise source localization available at The Institute of Machine and Industrial Design are described – with their functionalities, advantages and limitations. Based on all the information, an appropriate method is selected and used in the experimental part of this work. Then, aeration and removing the full volume of oil with damage of the shock absorber tube are caused (induced) on several types of the shocks. Noise radiation is measured by a microphone array and by a sound meter; the acoustic maps, frequency spectra and the synchronous filtration graphs are calculated from the measured data. From the differences in the acoustic radiations of each shock condition, a suitable diagnostic criterion for a specific shock absorber is defined. The final part discusses obtained results. Based on these results, a general diagnostic methodology, applicable to any type of shock absorber, is formulated.

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension de l’acoustique du piano dans le contexte de la synthèse sonore par modèles physiques. Le manuscrit est décomposé en trois parties principales, dont les deux premières ont pour but la compréhension de l'origine de la double polarisation de la corde de piano, tandis que la dernière se focalise sur l’identification de sources d’un piano complet.Dans la première partie, la non linéarité géométrique, intervenant lorsque les amplitudesde vibration sont grandes, est étudiée afin de comprendre si le couplage non linéaire peut transmettre de l'énergie à une polarisation non initialement excitée et mener ainsi au phénomène de double polarisation. Un développement en échelles multiples est mené sur un modèle de corde de Kirchhoff-Carrier avec les deux extrémités fixes, restreint au mode fondamental de chacune des polarisations. Les deux oscillateurs ont alors des fréquences très proches, on parle de résonance 1:1. La condition d’existence et le critère de stabilitépour l’apparition de double polarisation sont obtenus et validés numériquement sur la base des équations de Kirchhoff-Carrier, ainsi qu’avec un modèle de corde enrichi.Des expériences sont menées sur un dispositif monocorde où les angles de polarisation naturelle de la corde, le désaccord entre les deux polarisations et le comportement non linéaire son observés et identifiés.La seconde partie se concentre sur le couplage entre la corde et le chevalet. Les degrés de liberté de la corde sont couplés au chevalet dont les mouvements (translation/rotation) sont représentés par un ensemble d'oscillateurs. Les fréquences propres des différents systèmes couplés sont analysés. Des schémas numériques sont proposés et mis en {oe}uvre pour une résolution directe. Ces schémas résolvent les équations de corde par une méthode d’éléments finis d’ordre élevé et les équations du chevalet analytiquement. Les conditions de couplage entre corde et chevalet sont assurées par des multiplicateurs de Lagrange. Expérimentalement, la corde est tendue sur le chevalet dans une configuration de type zig-zag et excitée verticalement ou horizontalement. Dans les deux cas, les phénomènes de double polarisation et de double décroissance sont observés et des résultats qualitativement similaires sont obtenus avec les modèles numériques.La dernière partie s'attache à décrire quantitativement les différentes sources vibro-acoustiques d'un piano complet. Une étude est menée en utilisant une analyse des chemins de transfert (transfer path analysis en anglais) sur un piano Bösendorfer 280VC-9. Les contributions de la table d’harmonie, des parties interne et externe de la ceinture, du cadre en fonte et du couvercle sont étudiées dans le domaine fréquentiel. L’analyse montre que la table d’harmonie est le principal contributeur mais que le cadre en fonte et le couvercle jouent également un rôle significatif, en particulier à hautes fréquences. / The objective of this thesis is to improve the understanding of the acoustics of the piano in the context of physically-based sound synthesis. The manuscript is decomposed in three parts, the first two being devoted to the undertsanding of the origin of the double polarisation in piano string, while the third one is dedicated to the identification of sound sources of a complete piano.In the first part, the geometric (large-amplitude) nonlinearity is studied in order to understand if the nonlinear coupling can transfer energy to an initially non excited polarisation, thus leading to the double polarisation phenomenon. A multiple-scaleanalysis is conducted on a Kirchhoff-Carrier string model with fixed boundary conditions at both ends. Each polarisation is restrained to its fundamental mode, leading to two oscillors having nearly equal eigenfrequencies, and thus presenting a 1:1 internal resonance. The existence condition and stability criteria for double polarisation to occur are obtained and validated numerically based on the complete Kirchhoff-Carrier equations, as well as a more enriched third-order string model. Experiments are carried out on a monochord setup where the natural polarisation angles of the string, detuning between the two polarisations and its nonlinear behaviour are observed and identified.The second part is devoted to the string/bridge coupling. The degrees of freedom of the string are coupled to the bridge whose translational and rotational motions are respresented by a set of oscillators. The eigenfrequencies of various coupled systems are analysed. Numerical schemes are proposed and implemented where the string is solved via high-order finite-element method while the lumped bridge is solved analytically and coupled to the string by Lagrange multipliers. Experimentally, the string is strung over a bridge in a zig-zag configuration and excited vertically and horizontally. In both cases, double polarisation and double decay are observed and similar results are also obtained qualitatively in numerical models.The last part is devoted to a quantitative description of the vibroacoustic sources of a Bösendorfer 280VC-9 piano via operational transfer path analysis. The contribution of the soundboard, inner and outer rim, iron frame and lid are investigated in the frequency domain. It is found out that the soundboard is the primary contributor but the iron frame and the lid also play a significant role, especially at high frequencies.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é descrita a teoria necessária para a obtenção da grandeza denominada intensidade supersônica, a qual tem por objetivo identificar as regiões de uma fonte de ruído que efetivamente contribuem para a potência sonora, filtrando, consequentemente, a parcela referente às ondas sonoras recirculantes e evanescentes. É apresentada a abordagem de Fourier para a obtenção da intensidade supersônica em fontes com geometrias separáveis e a formulação numérica existente para a obtenção de um equivalente à intensidade supersônica em fontes sonoras com geometrias arbitrárias. Este trabalho apresenta como principal contribuição original, uma técnica para o cálculo de um equivalente à intensidade supersônica, denominado aqui de intensidade acústica útil, capaz de identificar as regiões de uma superfície vibrante de geometria arbitrária que efetivamente contribuem para a potência sonora que será radiada. Ao contrário da formulação numérica existente, o modelo proposto é mais direto, totalmente formulado na superfície vibrante, onde a potência sonora é obtida através de um operador (uma matriz) que relaciona a potência sonora radiada com a distribuição de velocidade normal à superfície vibrante, obtida com o uso do método de elementos finitos. Tal operador, chamado aqui de operador de potência, é Hermitiano, fato crucial para a obtenção da intensidade acússtica útil, após a aplicação da decomposição em autovalores e autovetores no operador de potência, e do critério de truncamento proposto. Exemplos de aplicações da intensidade acústica útil em superfícies vibrantes com a geometria de uma placa, de um cilindro com tampas e de um silenciador automotivo são apresentados, e os resultados são comparados com os obtidos via intensidade supersônica (placa) e via técnica numérica existente (cilindro), evidenciando que a intensidade acústica útil traz, como benefício adicional, uma redução em relação ao tempo computacional quando comparada com a técnica numérica existente. / This work describes the theory necessary to obtain the greatness called supersonic intensity, which aims to identify the regions of a sound source that effectively contribute to the sound power radiated, filtering recirculating and evanescent sound waves. The Fourier approach to obtain the supersonic intensity in sources having separable geometries, and the existent numerical formulation to obtain an equivalent to supersonic intensity on noise sources with arbitrary geometry. This work presents a new numeric technique for the computation of the numerical equivalent to the supersonic acoustic intensity. The technique provides the identification of the regions of a noise source with arbitrary geometry that effectively contribute to the sound power radiated to the far field by filtering recirculating and evanescent sound waves. The proposed technique is entirely formulated on the vibrating surface. The acoustic power radiated is obtained through a numerical operator that relates it with the distribution of superficial normal velocity, which is obtained by the boundary element method. Such power operator, possesses the property of being Hermitian. The advantage of this characteristic is that their eigenvalues are real and their eigenvectors form an orthonormal set for the velocity distribution. It is applied to the power operator the decomposition in eigenvalues and eigenvectors, becoming possible to compute the numerical equivalent to the supersonic intensity, called here useful intensity, after applying a cutoff criterion to remove the non propagating components. Some numerical tests confirming the effectiveness of the convergence criterions are presented. Examples of the application of the useful intensity technique in vibrating surfaces such as a plate, a cylinder with flat caps and an automotive muffler are presented and the numerical results are discussed, showing that the useful intensity brings, as additional benefit, a reduction of the computational effort, when compared to existent numerical technique.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Neste trabalho é descrita a teoria necessária para a obtenção da grandeza denominada intensidade supersônica, a qual tem por objetivo identificar as regiões de uma fonte de ruído que efetivamente contribuem para a potência sonora, filtrando, consequentemente, a parcela referente às ondas sonoras recirculantes e evanescentes. É apresentada a abordagem de Fourier para a obtenção da intensidade supersônica em fontes com geometrias separáveis e a formulação numérica existente para a obtenção de um equivalente à intensidade supersônica em fontes sonoras com geometrias arbitrárias. Este trabalho apresenta como principal contribuição original, uma técnica para o cálculo de um equivalente à intensidade supersônica, denominado aqui de intensidade acústica útil, capaz de identificar as regiões de uma superfície vibrante de geometria arbitrária que efetivamente contribuem para a potência sonora que será radiada. Ao contrário da formulação numérica existente, o modelo proposto é mais direto, totalmente formulado na superfície vibrante, onde a potência sonora é obtida através de um operador (uma matriz) que relaciona a potência sonora radiada com a distribuição de velocidade normal à superfície vibrante, obtida com o uso do método de elementos finitos. Tal operador, chamado aqui de operador de potência, é Hermitiano, fato crucial para a obtenção da intensidade acússtica útil, após a aplicação da decomposição em autovalores e autovetores no operador de potência, e do critério de truncamento proposto. Exemplos de aplicações da intensidade acústica útil em superfícies vibrantes com a geometria de uma placa, de um cilindro com tampas e de um silenciador automotivo são apresentados, e os resultados são comparados com os obtidos via intensidade supersônica (placa) e via técnica numérica existente (cilindro), evidenciando que a intensidade acústica útil traz, como benefício adicional, uma redução em relação ao tempo computacional quando comparada com a técnica numérica existente. / This work describes the theory necessary to obtain the greatness called supersonic intensity, which aims to identify the regions of a sound source that effectively contribute to the sound power radiated, filtering recirculating and evanescent sound waves. The Fourier approach to obtain the supersonic intensity in sources having separable geometries, and the existent numerical formulation to obtain an equivalent to supersonic intensity on noise sources with arbitrary geometry. This work presents a new numeric technique for the computation of the numerical equivalent to the supersonic acoustic intensity. The technique provides the identification of the regions of a noise source with arbitrary geometry that effectively contribute to the sound power radiated to the far field by filtering recirculating and evanescent sound waves. The proposed technique is entirely formulated on the vibrating surface. The acoustic power radiated is obtained through a numerical operator that relates it with the distribution of superficial normal velocity, which is obtained by the boundary element method. Such power operator, possesses the property of being Hermitian. The advantage of this characteristic is that their eigenvalues are real and their eigenvectors form an orthonormal set for the velocity distribution. It is applied to the power operator the decomposition in eigenvalues and eigenvectors, becoming possible to compute the numerical equivalent to the supersonic intensity, called here useful intensity, after applying a cutoff criterion to remove the non propagating components. Some numerical tests confirming the effectiveness of the convergence criterions are presented. Examples of the application of the useful intensity technique in vibrating surfaces such as a plate, a cylinder with flat caps and an automotive muffler are presented and the numerical results are discussed, showing that the useful intensity brings, as additional benefit, a reduction of the computational effort, when compared to existent numerical technique.

Un système de production High-Mix Low-Volume est caractérisé par une grande variété de technologies, des faibles volumes de production, et des produits de courte durée de vie. L’introduction de la technique d’échantillonnage dynamique à ce système de production a permis un gain important sur le rendement de production. Cet échantillonnage est basé, en temps réel, sur les états des équipements et sur l’ensemble des produits en cours de fabrication. Les méthodes classiques d’analyse des rendements, nécessitant un grand nombre de mesure par produit, ne sont plus aussi performantes. Afin d’adapter le diagnostic au nouvel environnement de production, les travaux de cette thèse proposent une approche de diagnostic qui consiste à localiser l’équipement à l’origine de défauts dans une ligne de fabrication du semi-conducteur. Elle est composée de trois modules principaux. Le premier module est constitué d’une méthode d’identification de l’équipement en mode de fonctionnement anormal. Cette méthode est basée sur l’analyse d’éléments communs. Le deuxième est un module de tri de données. Un algorithme d’alignement de séquences a été utilisé afin de comparer les caractéristiques des échantillons et calculer le taux de similarité. Le troisième module est l’échantillonnage réactif pour le diagnostic. Cet échantillonnage est basé sur un modèle d’optimisation linéaire qui permet de trouver l’équilibre entre le nombre d’échantillons et le temps d’analyse. L’approche proposée est validée sur des données expérimentales issues de la ligne de fabrication de la compagnie STMicroelectronics à Rousset-France. / High-Mix Low-Volume manufacturing process is characterized by a wide variety of technologies, low production volumes, and short cycle time of products. The introduction of dynamic sampling technique in this system has enabled a significant improvement of production gain. The dynamic sampling is based on the equipment states and the set of products being manufactured. The yield enhancement methods requiring à large number of measurements by product, are no more efficient. In order to adapt the diagnosis method to the new manufacturing environment, this thesis provides a defect source identification method applied to semiconductor manufacturing process. It is composed of three main modules. The first module aim to identify the faulty process equipment. This module is based on the tool commonality analysis approach. The second module consists in sorting the products. A Sequence Alignment Algorithm has been used in order to compare the sample characteristics and to calculate the similarity degree. The third module is a reactive sampling method for the diagnosis. This method is based on a linear optimization algorithm that allows finding the tradeoff between the number of samples and the analysis time. The proposed approach has been approved on real data from STMicroelectronics manufacturing line in Rousset-France.

L’accident de la centrale de Fukushima Dai-ichi en 2011 a conduit au dépôt d’ultra-traces d’uranium et de plutonium sur les sols des bassins versants côtiers du nord-est du Japon, s’ajoutant à l’uranium naturel et au plutonium issu des retombées globales des essais nucléaires atmosphériques, déjà présents avant l’accident. La contribution relative de ces différentes sources peut être quantifiée à partir de la mesure précise de leur composition isotopique et à la détermination précise des signatures isotopiques locales antérieures à l’accident grâce aux données bibliographiques et à l’analyse d’une carotte sédimentaire prélevée dans un réservoir de barrage. Ainsi, l’analyse d’échantillons de sols prélevés après 2011 montre que la distribution spatiale des dépôts initiaux de plutonium est globalement similaire à celle du radiocésium. De plus, si le marquage en uranium de la centrale n’a pas été observé, le plutonium issu de l’accident a été mis en évidence et quantifié dans tous les sédiments (de rivières) analysés, démontrant que le plutonium provenant de la centrale est plus rapidement exporté vers l’Océan Pacifique que celui qui provient des essais atmosphériques. Par ailleurs, des microparticules portant le plutonium ont été localisées puis caractérisées précisément (taille, morphologie, composition chimique). De manière générale, ces travaux ont fourni des données originales sur le devenir des actinides dans l’environnement de Fukushima. / The 2011 Fukushima Dai-ichi accident led to the deposition of uranium and plutonium at ultra-trace levels on coastal catchments in northeastern Japan, in addition to the natural uranium and plutonium from the global fallout of the atmospheric nuclear tests, already present before the accident. The relative contribution of these different sources can be quantified from the precise measurement of their isotopic composition and the precise determination of local isotopic signatures prior to the accident through the compilation of literature data and the analysis of a sediment core collected in a dam reservoir. Furthermore, the analysis of soil samples collected after 2011 shows that the spatial distribution of initial plutonium deposits is roughly similar to that of radiocaesium. In addition, if the presence of uranium originating from the plant was not confirmed, the plutonium rejected by the accident was identified and quantified in all the river sediment samples analyzed, showing that the plutonium originating from the plant is more quickly exported to the Pacific Ocean than that originating from the global atmospheric tests. In addition, plutonium bearing micro particles were localized and then precisely characterized (size, morphology, chemical composition). Overall, this work provided original data on the fate of actinides in the Fukushima environment.

[ES] Como parte de los métodos de asimilacíon de datos, los métodos basados en conjuntos han ganado popularidad en hidrogeología dada su capacidad para manejar grandes cantidades de datos observados simultáneamente. Recientemente, se ha comenzado a emplear este método para la identificacíon de fuentes de contaminacíon en casos sintéticos. Basándonos en estos trabajos anteriores, hemos dado un paso adelante evaluando su rendimiento en experimentos de tanque de laboratorio. La tesis se puede dividir en cuatro partes. En la primera parte, el filtro de Kalman de conjuntos con reinicio (r-EnKF) se utiliza para la identificacíon espacio-temporal de una fuente puntual de contaminantes en un experimento en tanque de laboratorio, junto con la identificacíon de la posicíon y longitud de una placa vertical insertada en el tanque que modifica la geometría del sistema. Los resultados muestran que el r-EnKF es capaz de identificar tanto la fuente como los parámetros relacionados con la geometría del acuífero. La segunda parte muestra una aplicacíon del filtro de Kalman de conjuntos con anamorfosis normal y reinicio (NS-EnKF) y con inflacíon de la covarianza en un experimento de laboratorio con conductividad heterogénea. El método se prueba primero utilizando un caso sintético que imita el experimento del tanque para establecer el número mínimo de miembros del conjunto y la mejor técnica para evitar el colapso del filtro. Luego, su aplicacíon a los datos del tanque muestra que el NS-EnKF con reinicio puede beneficiarse de la inflacíon de Bauser para reducir el tama ñ o del conjunto y llegar a una buena identificacíon conjunta tanto de la fuente de contaminantes como de la heterogeneidad espacial de las conductividades. En la tercera parte, el filtro de Kalman de conjuntos suavizado con asimilacíon múltiple de datos (ES-MDA) se emplea para la identificacíon simultánea de una fuente de contaminantes y la distribucíon espacial de la conductividad hidráulica utilizando el r-EnKF como punto de referencia. El resultado muestra que el ES-MDA puede superar al r-EnKF, marginalmente, para el caso sintético específico analizado con el mismo consumo de CPU, y puede funcionar mucho mejor que el r-EnKF a cambio de un mayor costo de CPU. La cuarta y última parte investiga el rendimiento del ES-MDA en un problema de identificacíon de una inyeccíon de contaminante que varía en el tiempo. Se analiza la influencia de diferentes intervalos de observacíon y esquemas de inflacíon de la covarianza en la determinacíon de la curva de inyeccíon. El resultado muestra que el ES-MDA funciona muy bien en la identificacíon de la curva de inyeccíon cuando la discretizacíon de la misma no es muy alta, pero encuentra problemas de fluctuacíon en los casos con discretizaciones altas. La frecuencia con la que se muestrean los datos de observacíon es un factor influyente, mientras que el número de iteraciones o los métodos de inflacíon de la covarianza tienen menos efecto. / [CA] Com a part dels mètodes d'assimilació de dades, els mètodes basats en conjunts han guanyat popularitat en hidrogeologia donada la seua capacitat per a manejar grans quantitats de dades observades simultàniament. Recentment, s'ha començat a emprar aquest mètode per a la identificació de fonts de contaminació en casos sintètics. Basant-nos en aquests treballs anteriors, hem fet un pas avant avaluant el seu rendiment en experiments de tanc de laboratori. La tesi es pot dividir en quatre parts.En la primera part, el filtre de Kalman de conjunts amb reinici (r-EnKF) s'utilitza per a la identificació espaciotemporal d'una font puntual de contaminants en un experiment en tanc de laboratori, juntament amb la identificació de la posició i longitud d'una placa vertical inserida en el tanc que modifica la geometria del sistema. Els resultats mostren que el r-EnKF és capaç d'identificar tant la font com els paràmetres relacionats amb la geometria de l'aqüífer. La segona part mostra una aplicació del filtre de Kalman de conjunts amb anamorfosis normal i reinici (NS-EnKF) i amb inflació de la covariància en un experiment de laboratori amb conductivitat heterogènia. El mètode es prova primer utilitzant un cas sintètic que imita l'experiment del tanc per a establir el nombre mínim de membres del conjunt i la millor tècnica per a evitar el col·lapse del filtre. Després, la seua aplicació a les dades del tanc mostra que el NS-EnKF amb reinici pot beneficiar-se de la inflació de Bauser per a reduir la grandària del conjunt i arribar a una bona identificació conjunta tant de la font de contaminants com de l'heterogeneïtat espacial de les conductivitats. En la tercera part, el filtre de Kalman de conjunts suavitzat amb assimilació múltiple de dades (ES-MDA) s'empra per a la identificació simultània d'una font de contaminants i la distribució espacial de la conductivitat hidràulica utilitzant el r-EnKF com a punt de referència. El resultat mostra que l'ES-MDA pot superar al r-EnKF, marginalment, per al cas sintètic específic analitzat amb el mateix consum de CPU, i pot funcionar molt millor que el r-EnKF a canvi d'un major cost de CPU. La quarta i última part investiga el rendiment de l'ES-MDA en un problema d'identificació d'una injecció de contaminant que varia en el temps. S'analitza la influència de diferents intervals d'observació i esquemes de inflació de la covariància en la determinació de la corba d'injecció. El resultat mostra que l'ES-MDA funciona molt bé en la identificació de la corba d'injecció quan la discretització no és massa alta, però troba problemes de fluctuació amb discretitzacions massa fines. La freqüència amb la qual es mostregen les dades d'observació és un factor influent en aquesta aplicació, mentre que el nombre d'iteracions o els mètodes d'inflació de la covariància tenen menys efecte. / [EN] As part of the data assimilation methods, the ensemble-based methods have gained popularity in hydrogeology given their ability to deal with huge amounts of observed data simultaneously. More recently, researchers have started to employ these methods to deduce contamination source information in synthetic cases. Based on these previous work, we take a step further to evaluate their performance in sandbox experiments. The main objective of this thesis is to verify the capacity of the ensemble-based methods in identifying contaminant sources and complex geological heterogeneity. The thesis could be divided into four parts. In the first part, the restart ensemble Kalman filter (r-EnKF) is used for the spatiotemporal identification of a point contaminant source in a sandbox experiment, together with the identification of the position and length of a vertical plate inserted in the sandbox that modifies the geometry of the system. The results show that the r-EnKF is capable of identifying both contaminant source information and aquifer-geometry-related parameters. The second part shows an application of the restart normal-score ensemble Kalman filter (NS-EnKF) with covariance inflation in a heterogenous conductivity laboratory experiment. The method is first tested using a synthetic case that mimics the sandbox experiment to establish the minimum number of ensemble members and the best technique to prevent filter collapse. Then, its application to the sandbox data shows that the restart NS-EnKF can benefit from Bauser's inflation to reduce the ensemble size and to arrive to a good joint identification of both the contaminant source and the spatial heterogeneity of conductivities. In the third part, the ensemble smoother with multiple data assimilation (ES-MDA) is employed for the simultaneous identification of a contaminant source and the spatial distribution of hydraulic conductivity while using the r-EnKF as a benchmark. The outcome shows that the ES-MDA is able to outperform the r-EnKF, marginally, for the specific synthetic case analyzed with almost the same CPU consumption, and it can perform far better than the r-EnKF just with a cost of larger CPU usage. The forth and last part investigates the performance of the ES-MDA in a time-varying release history identification problem. The influence of different observation intervals and inflation factor schemes on the determination of the release curve are discussed. The outcome shows that the ES-MDA performs great in recovering release history when the history curve is discretized in not too many steps, and that it fails when the discretization is large. The frequency at which observation data are sampled is an influential factor in this application, while the number of iterations or the inflation scheme have less effect. / Thanks to the institutions that financed my studies. The support to carry out my work was received from the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through project CGL2014-59841-P, and from the Spanish Ministry of Education, Culture and Sports through a fellowship for the mobility of professors in foreign research and higher education institutions to my supervisor, reference PRX17/00150 / Chen, Z. (2020). Stochastic Identification of Pollutant Sources in Aquifers by the Ensemble Kalman Filter [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160628 / TESIS

La caractérisation expérimentale de sources acoustiques est l'une des étapes essentielles pour la réduction des nuisances sonores produites par les machines industrielles. L'objectif de la thèse est de mettre au point une procédure complète visant à localiser et à quantifier des sources acoustiques stationnaires ou non sur un maillage surfacique par la rétro-propagation d'un champ de pression mesuré par un réseau de microphones. Ce problème inverse est délicat à résoudre puisqu'il est généralement mal-conditionné et sujet à de nombreuses sources d'erreurs. Dans ce contexte, il est capital de s'appuyer sur une description réaliste du modèle de propagation acoustique direct. Dans le domaine fréquentiel, la méthode des sources équivalentes a été adaptée au problème de l'imagerie acoustique dans le but d'estimer les fonctions de transfert entre les sources et l'antenne, en prenant en compte le phénomène de diffraction des ondes autour de l'objet d'intérêt. Dans le domaine temporel, la propagation est modélisée comme un produit de convolution entre la source et une réponse impulsionnelle décrite dans le domaine temps-nombre d'onde. Le caractère sous-déterminé du problème acoustique inverse implique d'utiliser toutes les connaissances a priori disponibles sur le champ sources. Il a donc semblé pertinent d'employer une approche bayésienne pour résoudre ce problème. Des informations a priori disponibles sur les sources acoustiques ont été mises en équation et il a été montré que la prise en compte de leur parcimonie spatiale ou de leur rayonnement omnidirectionnel pouvait améliorer significativement les résultats. Dans les hypothèses formulées, la solution du problème inverse s'écrit sous la forme régularisée de Tikhonov. Le paramètre de régularisation a été estimé par une approche bayésienne empirique. Sa supériorité par rapport aux méthodes communément utilisées dans la littérature a été démontrée au travers d'études numériques et expérimentales. En présence de fortes variabilités du rapport signal à bruit au cours du temps, il a été montré qu'il est nécessaire de mettre à jour sa valeur afin d'obtenir une solution satisfaisante. Finalement, l'introduction d'une variable manquante au problème reflétant la méconnaissance partielle du modèle de propagation a permis, sous certaines conditions, d'améliorer l'estimation de l'amplitude complexe des sources en présence d'erreurs de modèle. Les développements proposés ont permis de caractériser, in situ, la puissance acoustique rayonnée par composant d'un groupe motopropulseur automobile par la méthode de la focalisation bayésienne dans le cadre du projet Ecobex. Le champ acoustique cyclo-stationnaire généré par un ventilateur automobile a finalement été analysé par la méthode d'holographie acoustique de champ proche temps réel. / Experimental characterization of acoustic sources is one of the essential steps for reducing noise produced by industrial machinery. The aim of the thesis is to develop a complete procedure to localize and quantify both stationary and non-stationary sound sources radiating on a surface mesh by the back-propagation of a pressure field measured by a microphone array. The inverse problem is difficult to solve because it is generally ill-conditioned and subject to many sources of error. In this context, it is crucial to rely on a realistic description of the direct sound propagation model. In the frequency domain, the equivalent source method has been adapted to the acoustic imaging problem in order to estimate the transfer functions between the source and the antenna, taking into account the wave scattering. In the time domain, the propagation is modeled as a convolution product between the source and an impulse response described in the time-wavenumber domain. It seemed appropriate to use a Bayesian approach to use all the available knowledge about sources to solve this problem. A priori information available about the acoustic sources have been equated and it has been shown that taking into account their spatial sparsity or their omnidirectional radiation could significantly improve the results. In the assumptions made, the inverse problem solution is written in the regularized Tikhonov form. The regularization parameter has been estimated by an empirical Bayesian approach. Its superiority over methods commonly used in the literature has been demonstrated through numerical and experimental studies. In the presence of high variability of the signal to noise ratio over time, it has been shown that it is necessary to update its value to obtain a satisfactory solution. Finally, the introduction of a missing variable to the problem reflecting the partial ignorance of the propagation model could improve, under certain conditions, the estimation of the complex amplitude of the sources in the presence of model errors. The proposed developments have been applied to the estimation of the sound power emitted by an automotive power train using the Bayesian focusing method in the framework of the Ecobex project. The cyclo-stationary acoustic field generated by a fan motor was finally analyzed by the real-time near-field acoustic holography method.