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Depuis quelques années, les exigences des occupants de bâtiments ont sensiblement changé. On observe en effet une demande de confort de plus en plus rigoureux en particulier en période estivale. Cette augmentation des besoins de climatisation induit un accroissement important de la consommation d'énergie électrique dans les bâtiments, dû à une utilisation majoritaire de climatiseurs à compression mécanique de vapeur. Dans ce contexte énergétique difficile, les systèmes de rafraîchissement solaire font partie des alternatives intéressantes aux systèmes de climatisation classiques, dans la mesure où l'énergie primaire est principalement consommée sous forme de chaleur et provenant du soleil donc gratuite. L'autre grand intérêt de ces procédés est que le besoin en rafraîchissement coïncide la plupart du temps avec la disponibilité du rayonnement solaire. La compréhension et le développement de cette technologie passent par une étude expérimentale avec la réalisation d'installations pilotes à échelle réelle dans le but d'acquérir une expérience concrète. C'est dans ce sens que notre laboratoire s'est proposé de mettre en place une plateforme expérimentale d'une puissance frigorifique de 30 kWf chargée de rafraîchir des locaux d'enseignement de l'Institut Universitaire Technologique de Saint Pierre à La Réunion. La première partie de ce manuscrit présente une analyse expérimentale de cette installation. Une seconde approche purement fondamentale a été envisagée avec l'élaboration de modèles numériques permettant de prédire le comportement de l'installation dans son ensemble. Ces modèles numériques décrits sous plusieurs niveaux de finesse, sont validés par les données expérimentales avant d'être utilisés, soit comme outils de pré‐dimensionnement pour les modèles à descriptions simplifiés, soit comme outil d'optimisation et d'analyse pour les modèles détaillés. Le modèle détaillé représentant notre plateforme expérimentale a permis de réaliser une optimisation du fonctionnement de l'installation et de proposer des améliorations pour réduire la consommation d'électricité et augmenter le coefficient de performance électrique global. / In the last few years, thermal comfort research in summer has significantly increased the electricity consumption in buildings. This is mainly due to the use of conventional air conditioning systems operating with mechanical vapor compression. Solar cooling systems applied to buildings is an interesting alternative for reducing energy consumption in traditional mechanical steam compression air conditioning systems. But the understanding of this technology has to be refined through experimental study by setting up pilot plants. This study is a practical method to gain experience by analyzing all the processes behind solar cooling technology. For that purpose, our laboratory decided to install a solar cooling absorption system implemented in Reunion Island, located in the southern hemisphere. The particularity of this project is to achieve an effective cooling of classrooms, by a solar cooling system without any backup systems (hot or cold). The first part of this work presents an experimental study of this installation. Moreover, the study of these systems should have a closely purely fundamental approach including the development of numerical models in order to predict the overall installation performance. The final objective is to estimate cooling capacity, power consumption, and overall installation performance with relation to outside factors (solar irradiation, outside temperature, building loads). These numerical models described in several levels of accuracy, are validated by experimental data before being used either as tools for pre‐sizing models with simplified descriptions, either as a tool for optimization and analysis for the detailed models. The detailed model describing our experimental platform is used to carry out an optimization of pilot plant operation and to propose improvements to reduce electricity consumption and increase the overall electrical performance coefficient.

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1981. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Mehdi Namazian. / Ph.D.

Ma thèse porte sur la compilation des langages de requêtes orientés web des données. Plus particulièrement, ma thèse s'intéresse à l'analyse, l'optimisation et l'évaluation distribuée d'un tel langage : SPARQL. Ma contribution principale est l'élaboration d'une méthode nouvelle particulièrement intéressante pour des requêtes contenant de la récursion ou dans le cadre d'une évaluation distribuée. Cette nouvelle méthode s'appuie sur un nouvel outil que nous introduisons : la μ-algèbre. C'est une variation de l'algèbre relationnelle équipée d'un opérateur de point fixe. Nous présentons sa syntaxe et sémantique ainsi qu'une traduction vers la μ-algèbre depuis SPARQL avec Property Paths (une fonctionnalité introduite dans le dernier standard SPARQL qui autorise une forme de récursion).Nous présentons ensuite un système de types et nous montrons comment les termes de la μ-algèbre peuvent être réécrits en d'autres termes (de sémantique équivalente) en utilisant soit des règles de réécriture provenant de l'algèbre relationnelle soit des règles nouvelles, spécifiques à la μ-algèbre. Nous démontrons la correction des nouvelles règles qui sont introduites pour réécrire les points fixes : elles permettent de pousser les filtres, les jointures ou les projections à l'intérieur des points fixes (dépendant des certaines conditions sur le terme).Nous présentons ensuite comment ces termes peuvent être évalués, d'abord de manière générale, puis en considérant le cas particulier d'une évaluation sur une plateforme distribuée. Nous présentons aussi un modèle de coût pour l'évaluation des termes. À l'aide du modèle de coût et de l'évaluateur, plusieurs termes qui sont équivalents d'un point de vue sémantiques peuvent maintenant être vus comme différentes manières d'évaluer les termes avec différents coûts estimés. Nous montrons alors que les termes qui sont considérés grâce aux nouvelles règles de réécritures que nous avons introduites, permettent une exécution plus efficace que ce qui était possible dans les autres approches existantes. Nous confirmons ce résultat théorique par une expérimentation comparant plusieurs exécuteurs sur des requêtes SPARQL contenant de la récursion.Nous avons investigué comment utiliser une plateforme de calcul distribuée (Apache Spark) pour produire un évaluateur efficace de requêtes SPARQL. Cet évaluateur s'appuie sur un fragment de la μ-algèbre, limité aux opérateurs qui ont une traduction en code Spark efficace. Le résultat de ces investigations à résultat en l'implémentation de SPARQLGX, un évaluateur SPARQL distribué en pointe par rapport à l'état de l'art.Pour finir, ma dernière contribution concerne l'estimation de la cardinalité des solutions à un terme de la μ-algèbre. Ces estimateurs sont particulièrement utiles pour l'optimisation. En effet, les modèles de coût reposent généralement sur de telles estimations pour choisir quel sera le terme le plus efficace parmi plusieurs termes équivalents. Pour cette estimation nous nous intéressons tout particulièrement au fragment conjonctif de la μ-algèbre (ce qui correspond au fragment bien connu Basic Graph Pattern de SPARQL). Notre nouvelle estimation de cardinalité s'appuie sur des statistiques sur les données et a été implémenté dans SPARQLGX. Nos expériences montrent que cette méthode permet de grandement accélérer l'évaluation de SPARQL sur SPARQLGX. / The topic of my PhD is the compilation of web data query languages. More particularly, the analysisand the distributed evaluation of a such language: SPARQL. My main contributions concern theevaluation of web data queries especially for recursive queries or for distributed settings.In this thesis, I introduce μ-algebra: it is a kind of relational algebra equipped with a fixpointoperator. I present its syntax, semantics, and a translation from SPARQL with Property Paths (anew feature of SPARQL allowing some form of recursion) to this μ-algebra.I then present a type system and show how μ-algebra terms can be rewritten to terms withequivalent semantics using either classical rewrite rules of the relational world or new rules that arespecific to this μ-algebra. We demonstrate the correctness of these new rules that are introduced tohandle the rewriting of fixpoints: they allow to push filters, joins and projections inside fixpointsor to combine several fixpoints (when some condition holds).I demonstrate how these terms could be evaluated both from a general perspective and in thespecific case of a distributed evaluation. I devise a cost model for μ-algebra terms inspired by thisevaluation. With this cost model and this evaluator, several terms that are semantically equivalentcan be seen as various Query Execution Plans (QEP) for a given query. I show that the μ-algebraand its rewrite rules allow the reach of QEP that are more efficient than all QEP considered in otherexisting approaches and confirm this by an experimental comparison of several query evaluators onSPARQL queries with recursion.I investigate the use of an efficient distributed framework (Spark) to build a fast SPARQL dis-tributed query evaluator. It is based on a fragment of μ-algebra, limited to operators that havea translation into fast Spark code. The result of this has been used to implement SPARQLGX, astate of the art distributed SPARQL query evaluator.Finally, my last contribution concerns the estimation of the cardinality of solutions to a μ-algebraterm. Such estimators are key in the optimization. Indeed, most cost models for QEP rely on suchestimators and are therefore necessary to determine the most efficient QEP. I specifically considerthe conjunctive query fragment of μ-algebra (which corresponds to the well-known Basic GraphPattern fragment of SPARQL). I propose a new cardinality estimation based on statistics about thedata and implemented the method into SPARQLGX. Experiments show that this method improvesthe performance of SPARQLGX.

Les propriétés idéales d’un matériau de blindage sont la combinaison d’une extrême dureté pour casserles noyaux des projectiles et d’une grande ductilité pour résister à l’impact et arrêter les fragments du projectile. Or cettecombinaison de propriétés est incompatible avec un matériau unique. Pour pallier ce problème, les concepteurs de blindageassocient un matériau dur (céramique) à un matériau ductile (métal). Une autre solution serait de réaliser un matériauprésentant un gradient de propriétés mécaniques : dans le cas présent, d’une très grande dureté de la face avant à une grandeductilité de la face arrière. Les technologies non conventionnelles de frittage telles que le Spark Plasma Sintering (SPS)permettent d’assembler ou de fritter/assembler des matériaux aux caractéristiques aussi différentes et complémentaires. Ils’agit donc d’étudier les conditions d’assemblage ou de cofrittage de tels matériaux (dans le cas présent, Al2O3 et Ti) ainsique l’influence de la microstructure résultante de l’ensemble sur sa performance balistique.La première partie de ce travail a porté sur la caractérisation de l’alumine et du titane. Cinq poudres d’alumines ontété étudiées d’un point de vue comportement au frittage. Trois d’entre elles sont retenues en raison de leurs microstructuresintéressantes, proches en termes de densité et de taille de grains. Ces alumines ont été caractérisées mécaniquement (dureté,ténacité, résistance à la rupture) et balistiquement pour n’en garder qu’une dans la deuxième partie du travail. Le titane, frittédans les mêmes conditions que l’alumine, a montré qu’il n’avait malheureusement pas les propriétés attendues (absence deductilité).La seconde partie du travail a montré que l’obtention de MGFs sains à partir de Al2O3 et Ti uniquement est délicate,que ce soit avec un intercalaire sous forme de monocouche ou de multicouche. La forte affinité du titane avec l’oxygène(formation d’oxyde ou en insertion) et le carbone (formant des carbures), ainsi que sa réactivité avec l’alumine (produisantdes intermétalliques) rend le MGF fragile et incapable d’accommoder les contraintes résiduelles d’élaboration. L’insertiond’une faible proportion de nickel (plus ductile et moins réactif vis-à-vis de l’oxygène que le titane) dans les composites apermis d’obtenir des MGFs sains, dont le comportement balistique a pu être évalué. / The objective is to improve ballistic performance of armors. A perfect armor combines ductility to resistto the impact and high hardness to stop projectile’s fragments. However, such an association of properties is inconsistent witha single material. The solution is to perform a functionally graded material (FGM) with a ductile metal at the back side of thesample and a hard ceramic on the top side. Non-conventional technologies like Spark Plasma Sintering allow joining orsintering all types of materials with different and additional properties. Furthermore, with this technique, high heating ratescan be achieved, limiting grain growth and resulting in a fine microstructure. The goal is to study joining conditions or cosinteringof such materials (in this case, Al2O3 and Ti), as well as the resulting microstructure on the ballistic efficiency.The first part of the study focused on the characterization of alumina and titanium. Five powders of alumina werestudied from a sintering point of view. Three of which were selected because of their interesting microstructures, close indensities and grain sizes. These ceramics have been characterized mechanically (hardness, toughness and strength) andballistically. One of them is adopted to realize FGM. Titanium, sintered with the same conditions, unfortunately, doesn’t haveexpected properties (absence of ductility).The second part of the work showed that the preparation of FGM without cracks from Al2O3 and Ti only ischallenging, with an interlayer with one or more layers. The strong affinity of Ti with oxygen (formation of oxides orinsertion) with C (forming carbides) and its reactivity with alumina (forming intermetallics) make the FGM brittle and enablethe release of residual stresses during the process. By adding a low amount of nickel (more ductile and less reactive withoxygen and titanium) in composites, FGMs almost without cracks were obtained. The latter were evaluated ballistically.

Ce travail porte sur l'évolution microstructurale d'un alliage TiAl lors du frittage par un procédé appelé Spark Plasma Sintering (SPS). Les poudres initiales, élaborées par atomisation, sont constituées principalement d'une phase métastable. Les transformations qui accompagnent le retour à l'équilibre de cette dernière durant un chauffage sont finement caractérisées par MEB, MET et EBSD. Ces transformations seront ensuite utilisées comme marqueur thermique lors de la densification SPS afin de mieux estimer les amplitudes des gradients thermiques et mécaniques du procédé de frittage. Les mécanismes de densification responsables de la formation des cous sont discutés, ainsi que les origines des hétérogénéités microstructurales des échantillons complètement densifiés. Un comparatif des mécanismes de densification et des microstructures finales entre une poudre broyée et une poudre non broyée est dressé. Enfin, l'influence de l'application d'une contrainte dynamique pendant la compaction au moyen d'un dispositif original est présentée / This work focuses on the microstructure evolution of a TiAl alloy during sintering by a process called Spark Plasma Sintering (SPS). The initial powders, elaborated by atomization, consist primarily of a metastable phase. The transformations of the return to equilibrium of the latter during heating are finely characterized using SEM, TEM and EBSD. These phase transformations are then used as a thermal indicator during the SPS densification to estimate the thermal and mechanical gradients. The densification mechanisms responsible for the neck formation and the origins of the microstructure heterogeneities of fully densified samples are discussed. A comparison between the densification mechanisms and the final microstructures of a milled powder and a no milled powder is showed. Finally, the effect of the application of a dynamic stress during the compaction using an original process is presented

L'utilisation de la thermoélectricité passe par une amélioration du rendement du module thermoélectrique à travers l'optimisation de ses dimensions et l'augmentation du facteur de mérite des matériaux thermoélectriques, mais aussi par une réduction des coûts de synthèse et de mise en forme. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés à la synthèse de β–Zn4Sb3 nanométrique par une méthode de chimie douce à faible dépense énergétique. Nous avons étudié la mise en forme de ce matériau par des technologies d'impression qui permettent d'atteindre les dimensions optimales et présentent un coût réduit. β-Zn4Sb3 est obtenu en deux étapes : une synthèse à reflux suivie d'un traitement thermique à 400°C sous vide secondaire. La composition chimique (DRX, affinement Rietveld), la morphologie (MEB, TEM) et la stabilité en température (spectroscopie Raman) de la poudre sont étudiées. β-Zn4Sb3 ainsi obtenu est densifié par SPS et ses propriétés thermoélectriques sont mesurées montrant une augmentation du facteur de mérite pour des températures inférieures à 100°C. Au dessus de cette température, la présence de porosité et de zinc augmente la résistivité électrique et la conductivité thermique et les échantillons ont un facteur de mérite de 0,6 à 400°C. Enfin, la poudre est mise en forme par sérigraphie et atomisation sur substrat en verre et en Kapton. Le β-Zn4Sb3 montre une forte résistivité électrique juste après impression mais l'application de traitement mécanique et thermique permet de la diminuer. Le facteur de mérite estimé des dépôts est de 0,06 à 400°C. Cependant le faible coût de mise en forme et la possibilité d'automatisation rendent ces techniques viables. / Use of thermoelectricy involves an increase of the module efficiency. In this purpose we need to optimize the dimension of the module and to increase the figure of merit of thermoelectric materials. But we also need to reduce the synthesis and shaping cost. Within the framework of this thesis, we focused on the synthesis of β-Zn4Sb3 nanoparticles by a low energy technique: wet chemistry. We also studied the shaping of this material by printing technologies. These cost-effective technologies allow reaching optimized dimensions. β-Zn4Sb3 is synthesized in two steps: a reflux synthesis flowed by a thermal treatment at 400 °C under vacuum. Chemical composition (XRD, Rietveld refinement), morphology (SEM, TEM) and thermal stability of the powder are studied. The as product β-Zn4Sb3 is densified by SPS and we measured its properties. They show an increase of the figure of merit for temperatures below 100 °C. However above this temperature the presence of zinc and porosity increase electric resistivity and thermal conductivity, leading to a figure of merit of 0.6 at 400 °C. Finally the powder is shaped by two printing technologies: screenprinting and atomization on glass and Kapton substrate. Just after printing the samples show a high electrical resistivity but a decrease is observed after mechanical and thermal treatment. The estimate figure of merit of printing β-Zn4Sb3 is 0.06 at 400 °C. However the printing techniques are cost-effective and allow mass production, which make them still interesting.

Title: Materials for fusion applications and their interaction with tokamak plasma Author: Veronika Klevarová Department: Department of Physics of Materials Supervisor: doc. RNDr. Miloš Janeček, CSc., Department of Physics of Materials Abstract: Tungsten represents a perspective option in the context of fusion devices first-wall materials. In the first part of this work, set of tungsten samples with variable grain size was prepared by spark plasma sintering. Specimens were exposed to steady state deuterium plasma beam and high energy heat pulses, simulating thus the normal operation in the tokamak. As a consequence of the exposure, samples surfaces were roughened, as-prepared grains were recovered and in some cases cracks were formed. Moreover, post-irradiation analysis of the damaged samples revealed activation of in-grain slip systems within the loaded surfaces. Threshold grain diameter for this mechanism was determined to be between 5.5 - 6.6 μm at the particular loading conditions. However, damaged features showed to depend more on the fabrication parameters than on the grain diameter. Synergistic effects of simultaneous loading were proven to be important since those reduced the heat propagation within the volume of the tested samples. In the second part of this thesis, introduction to plasma-surface...