Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces : Poitiers : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 99 réf.

Le parachèvement de pièces aéronautiques en aluminium représente une part importante du coût des pièces produites. L’objectif de ces travaux est d’opérer un transfert d’opérations, des opérateurs et machines vers les cellules robotisées, économiquement plus intéressantes. Cette thèse vise à améliorer l’identification d’un modèle elasto-statique des robots industriels et à fournir une méthode de correction hors ligne des trajectoires dans une logique de moyenne série. Le premier chapitre présente un état de l’Art du parachèvement et des procédés que nous avons pris en considération. Il évoque les robots industriels, leur architecture, leur modélisation géométrique et elasto-statique. Il s’intéresse à leurs défauts de suivi de trajectoire et les causes associées. Dans le second chapitre, nous étudions les méthodes d’identification du modèle elasto-statique existantes. Nous critiquons leur mise en oeuvre actuelle et proposons une amélioration des protocoles d’identification. Nous étudions l’influence de la méthodologie de reconstruction géométrique par une étude de la sensibilité des raideurs apparentes. Nous proposons une nouvelle méthode de découplage de l’identification pour apporter plus de robustesse dans la détermination des raideurs articulaires. L’apport de cette méthode se justifie par son application sur un robot à double encodage KUKA KR 300 SE. Le dernier chapitre propose une correction miroir améliorée. Celle-ci intègre la problématique de la dynamique de la commande générée par la méthode miroir. Elle est appliquée sur des trajectoires circulaires, mesurée avec un outil ballbar. / The finishing of aluminium aeronautical parts is a great share of the overall production cost. The aim of this work is to facilitate operation transfert from manual operations and machines operations to robotic cells that are economically more interesting. This thesis seeks to improve the identification of a kinetostatic model for industrial robots and provide an offline correction method for mid-size part production volume. The first chapter is a state of the art in finishing operations and the involved processes, mainly machining, grinding and sanding that we considered in this study. It presents robots architecture and models (kineto-static and geometric). We show example of path tracking errors and the associated causes according to the literature. In the next chapter, we study the existing kineto-static identifications methods. We review the actual implementation of the methods and offer improvements. We study the influence of the geometrical reconstruction methodology applied in those identification methods by a sensibility analysis on the stiffness parameters. We propose a new identification method based on decoupling equations. This method brings more reliable results and robustness in the value of the stiffness parameters. The contribution of this method is justified by its application on a double encoder robot (KUKA KR 300 SE). The last chapter is a proposal for an improvement in the mirror correction method for trajectory correction. This new proposal takes into account the dynamics of the command created by the mirror method. It is applied on circular trajectories and measured thanks to a Ballbar tool.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans l'industrie agroalimentaire, la formation de dépôts d’origine protéique en paroi interne des équipements sous l’effet de la chaleur est un inconvénient majeur. Accéder au taux d’encrassement de l’installation par des capteurs non intrusifs reste un défi. Dans le but d’améliorer la détection des encrassements dans des systèmes fermés, un capteur permettant de suivre in situ et en continu l’évolution de la résistance thermique d’un dépôt a été développé et validé par comparaison avec le facteur d’encrassement d’un échangeur de chaleur en amont de la zone de mesure. Un deuxième objectif était de quantifier l’effet d’un module générant un écoulement de type swirl lors de la formation d’un dépôt ainsi que lors de son élimination par un nettoyage en place à l’échelle du pilote industriel. Les expérimentations réalisées ont permis de mettre en évidence qu’en présence du module de swirl une augmentation de la masse de dépôt se produisait à la paroi interne des sections tubulaires après traitement thermique d’une solution de protéines laitières. L’hypothèse d’une augmentation des transferts de matière en proche paroi a été émise et démontrée pour expliquer ce résultat en dépit de l’augmentation des contraintes pariétales. Afin d’étudier l’effet de l’écoulement de type swirl sur le nettoyage, un dispositif permettant de générer un dépôt à l’intérieur d’un tube en verre a d’abord été développé puis une méthode de détermination du temps de nettoyage par analyse d’images. Pour les conditions thermomécaniques de nettoyage testées, cette étude a mis en évidence qu’une plus grande efficacité au nettoyage pouvait être atteinte en présence du module de swirl confirmant que l’augmentation des transferts de matière est le mécanisme prépondérant lors de la formation des dépôts et de leur élimination. / In food industry, protein fouling growth under heat flux at the internal wall of equipment is a major drawback. Fouling measurements by non-intrusive sensor is a challenge. Aiming to improve fouling detection in closed systems, a continuous monitoring system was developed and validated by comparison with the fouling factor of the upstream heat exchanger. A second challenge was to evaluate the effect of an insert generating a swirl flow on the fouling phenomenon and also during the cleaning in place step at a pilot scale. The experimental results shown that the swirl flow leads to a mass deposit increase inside ducts placed after a heat plate exchanger treating milk protein. Mass transfer increase close to the wall can explain the result in spite of the wall shear rate increase. In the aim of study the effect of swirl flow on cleaning, first a device was developed in order to generate fouling inside glass ducts and next a method for determining cleaning time using images analysis technique was also developed. In the thermal and hydraulic conditions tested, the experiments shown a better cleaning efficiency in presence of swirl flow. It confirms that mass transfer increase is the fouling and cleaning leading mechanism.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les structures composites bois-béton (CBB) sont, aujourd'hui, de plus en plus utilisées grâce à leurs avantages de portance, leurs avantages écoresponsables et leur coût compétitif. La recherche sur ce type de structure est encore nouvelle et son potentiel de développement est très prometteur. Ce projet doctoral vise à étudier le comportement statique et au jeune âge des structures CBB. Le comportement statique des structures CBB peut être divisé en deux phases (élastique et inélastique) et il existe plusieurs méthodes pour prédire la réponse structurale pour chacune : • En phase élastique, la méthode Gamma est la plus connue grâce à sa simplicité et sa précision pour estimer la flèche et la fréquence de vibration. Cette méthode est basée sur l'hypothèse de charge sinusoïdale et, par conséquent, il existe des erreurs dans l'estimation de la force axiale et du glissement des structures CBB sous d'autres types de charges. Dans ce projet, une méthode analytique est développée pour ajuster la méthode Gamma en diminuant l'erreur de 22% à 2%. • En phase inélastique, les méthodes analytiques existantes sont soit complexes, soit moins précises en raison du comportement post-élastique du connecteur. Pour résoudre ce problème, un modèle analytique est développé en tenant compte du comportement généralement élastoplastique du connecteur et en appliquant l'approche point à point pour prédire la réponse structurale de la structure CBB. Enfin, une méthode d'ingénierie est proposée pour simplifier l'utilisation du modèle. D'autre part, le béton est un matériau spécial où sa rigidité et résistance se développent avec le temps durant la cure. Ses propriétés mécaniques sont généralement normalisées à 28 jours, lorsqu'elles atteignent des valeurs relativement élevées pour satisfaire le dimensionnement des ouvrages. En conséquence, le comportement du béton au jeune âge (avant 28 jours) est moins étudié, notamment dans la structure CBB. Ce projet doctoral s'articule autour de deux points concernant ce comportement: • Une feuille de plastique étanche est traditionnellement installée entre le bois lamellé-croisé(CLT) et le béton durant la construction pour empêcher l'échange d'humidité entre les deux matériaux dans la période du jeune âge du béton. Cet isolant entraîne une augmentation des coûts de construction et une diminution de la capacité mécanique du connecteur d'entaille. Dès lors, une recherche expérimentale est réalisée pour vérifier si cet isolant est vraiment nécessaire ou s'il peut être enlevé sans toutes fois diminuer la performance des structures CBB. • Une autre campagne d'essais est effectuée pour vérifier l'influence du retrait du béton au jeune âge sur la flèche et la capacité portante de plancher CBB coulé sur place. Simultanément, un modèle analytique est développé pour évaluer les données expérimentales. Les résultats montrent que le retrait du béton provoque une importante flèche ainsi qu'une diminution significative de rigidité de plancher CBB. Enfin, le projet peut apporter des contributions scientifiques et des retombées industrielles remarquables, tout en proposant des perspectives potentielles pour la recherche dans ce domaine. / The use of timber-concrete composite (TCC) structures is increasingly popular thanks to their advantages of bearing capacity, eco-efficiency, and affordability. Research on this type of structure is still new and its development potential is therefore very promising. This Ph.D. project aims to research the static behavior and the early age behavior of TCC structures. The static behavior of TCC structures can be divided into two phases (elastic and inelastic) and there are several methods to predict the bearing behavior for each: • In the elastic phase, the γ-method is the best known thanks to its simplicity and precision in estimating the deflection and the frequency of vibration. This method is based on the sinusoidal load assumption and therefore there are errors in estimating the axial force and slip of TCC structures under other types of loads. In this project, an analytical method is developed to adjust the Gamma method by reducing the error from 22% to 2%. • In the inelastic phase, the existing analytical methods are either complex or less exact because of the post-elastic behavior of the connector. To solve the problem, an analytical model is developed considering the generally elastoplastic behavior of the connector and applying the point-to-point approach to predict the structural behavior of CBB structure. Finally, an engineering method is proposed to simplify the use of the model. On the other hand, concrete is a special material where its rigidity and strength develop over time after pouring. Its mechanical properties are generally normalized at 28 days when they reach relatively high values to satisfy the design of structures. Consequently, the behavior of concrete in the early-age period (before 28 days) is less studied, especially in TCC structures. This Ph.D. project focuses on two points concerning this behavior: • The waterproof plastic sheet is traditionally installed between cross-laminated timber (CLT) and concrete in the construction phase to prevent the exchange of moisture between two materials during concrete early-age. This insulation causes increased construction cost and decreased notch-type connector competence. Therefore, experimental research is carried out to verify if this insulator is necessary or it can be removed while ensuring the competence of TCC structures. • Another test campaign is carried out to assess the influence of early-age concrete shrinkage on the deflection and bearing capacity of the cast-in-place TCC floors. Simultaneously, an analytical model is developed to evaluate the experimental data. The result shows that the shrinkage of the concrete causes a very large deflection and a significant decrease in the rigidity of the TCC floors. Finally, the project can bring remarkable scientific contributions and industrial benefits. In addition, it opens potential research perspectives in this research field.

Le langage d'assignation statique unique, SSA, est l'une des représentations intermédiaires les plus communément utilisées dans les compilateurs industriels. Cependant l'intérêt de la communauté d'analyse statique de programmes est minime, un fait dû aux faibles fondations formelles du langage SSA. Cette thèse présente une sémantique dénotationelle du langage SSA, permettant des définitions formelles des analyses statiques du langage SSA en se basant sur les méthodes classiques de l'interprétation abstraite. D'un point de vue pratique, cette thèse présente l'implémentation des analyseurs statiques définis formellement dans un compilateur industriel, la Collection de Compilateurs GNU, GCC.

La multiplication des véhicules électriques au détriment de ceux à moteur à combustion interne contribue grandement à la sauvegarde de notre milieu de vie. Une conception intelligente peut pallier certains de leurs défauts actuels comme l’autonomie. Les travaux de cette maîtrise portent sur l’optimisation de la motorisation, de la chaîne de transmission et de la batterie de tels véhicules. Dans un premier temps, plusieurs simulateurs de déplacement longitudinal de véhicules électriques ont été développés sous Simulink© en utilisant l’approche dynamique et quasi-statique. Ensuite, des scripts d’explorations systématiques, codés sous Matlab© permettent d’observer l’influence de plusieurs paramètres sur trois objectifs. Le premier est la mesure du temps d’accélération, le second la vitesse maximale et le dernier l’autonomie. Un cas particulier est également traité afin d’illustrer l’efficacité de ces outils lors de la conception de véhicules électriques.

Les singularités sont des poses particulières où le robot ne peut être contrôlé et ou les efforts subis par les articulations du mécanisme peuvent tendre vers l'infini ce qui entraine alors une détérioration du mécanisme. Bien que ces dernières années de larges avancées dans la classification et la détection des singularités aient eu lieu la question de la proximité d'une pose à une pose singulière reste ouverte. Dans cette thèse nous tentons d'y répondre avec une approche basée sur la statique. En effet si pour une pose donnée les efforts subis par les articulation restent inférieur à un certain seuil, on pourra affirmer que le robot ne subira pas de détérioration et nous le considérons comme assez éloigné d'une pose singulière. Dans un premier temps, nous proposons un algorithme qui calcule, pour un robot plan dont l'orientation est fixée et dont la plate-forme supporte une charge connue, la frontière de la région pour laquelle on assure l'intégrité physique du manipulateur. Cet algorithme étant difficile à étendre pour des robots à plus de 3 degrés de libertés, nous en proposons un second basé sur l'analyse par intervalles.

Développer des analyseurs statiques nécessite une manipulation intensive de structures d'arbres et de graphes représentant le programme. La finalité de cette thèse est de proposer des constructions de langage dédiées au prototypage d'outils d'analyse et de transformation de programmes et inspirées de la réécriture de termes et de termes-graphes. L'originalité de notre approche est d'embarquer ces nouvelles constructions dans les langages généralistes sous la forme d'un langage dédié embarqué. Les travaux de cette thèse se fondent sur le langage Tom qui propose d'embarquer des constructions de réécriture dans des langages généralistes comme Java. La première contribution de cette thèse a été de formaliser les langages embarqués sous le concept de langage îlot. Ce formalisme a ainsi permis de certifier la compilation du langage Tom. Nos travaux sur l'analyse de Bytecode nous ont ensuite conduit à réfléchir à la représentation et la manipulation de graphes de flot de programmes et nous avons alors proposé des constructions de langage inspirées de la réécriture de termes-graphes. Une autre contribution de cette thèse est la conception d'un langage de stratégies adapté à l'expression de propriétés sur un programme. Associé au filtrage, ce langage permet d'exprimer de manière déclarative des analyses et des transformations sur des arbres ou des graphes. Enfin, l'ensemble des propositions de cette thèse a été intégré au langage Tom sous la forme de nouvelles constructions syntaxiques ou d'améliorations de constructions existantes et a ainsi pu être appliqué à l'analyse du langage Java. / Developing static analyzers requires an intensive handling of tree and graph structures representing the program. Even if generalist languages such as Java or C++ have libraries dedicated to the manipulation of such structures, the absence of specialized statements makes the code complex and difficult to maintain. The purpose of this thesis is to provide dedicated language constructs to prototype tools for analysis and program transformation inspired by the term and term-graph rewriting. The originality of our approach is to embed these new statements in generalist languages. This is motivated by the development of the Tom language that offers rewriting constructs for generalist languages like Java. The first contribution of this thesis is to formalize embedded languages in the concept of island languages. This formalism enables the certification of the Tom compiler. Our work on Bytecode analysis leads us to propose a dedicated language for the representation and manipulation of program flow graphs. Thus we propose language constructs based on the term-graph rewriting. A further contribution of this thesis is to design a strategy language adapted to the expression of properties on a program. Associated with matching capabilities, this language allows to express in a declarative way analysis and transformations on trees or graphs. Finally, all the proposals of this thesis have been integrated into the Tom language in the form of new statements or improvements of existing ones. This language proposal has been applied to the analysis of Java programs.