Se pretende analizar la posibilidad de utilizar un sistema ultrasónico como elemento sensor para el control inteligente del vehículo en tráfico urbano, es decir, a bajas velocidades y distancias cortas entre vehículos. Está comprobado que la mayoría de los accidentes de circulación tienen lugar en estas condiciones. Los sensores ultrasónicos requieren de una electrónica más sencilla y son más baratos que otros tipos como los basados en radar o láser. Para ello es necesario estudiar la influencia de los factores meteorológicos en la propagación de ultrasonidos en el aire. También se deben analizar diferentes técnicas que permitan mejorar el rendimiento de los sensores ultrasónicos conformando su diagrama de radiación, como la incorporación de bocinas. / We analyze the possibility of using an ultrasonic sensor for intelligent control of the vehicle in urban traffic, i.e., at low speeds and short distances. It is proven that most accidents occur in these conditions. Ultrasonic sensors require electronics that are simpler and cheaper than other types as those based on radar or laser. This requires studying the influence of meteorological conditions in the propagation of ultrasound in air. It also should discuss different techniques to improve the performance of ultrasonic sensors, as the inclusion of horns.

Kompozicinių medžiagų konstrukcijų taikymas aviacijoje didėja. Saugumui aviacijoje užtikrinti reikalingos patikimos kontrolės sistemos. Šiame darbe pateiktas ultragarso greičio matavimo metodo taikymas kompozicinėms struktūroms tirti. Metodas numato akustinių gardelių panaudojimą, sudarant ultragarso bangų sklidimo greičio matavimo kanalą tiriamame sluoksnyje. Šis metodas atitinka keliamus tikslumo, patikimumo ir operatyvumo reikalavimus. Darbo apimtis – 65 p. teksto be priedų, 44 iliustr., 3 lent., 16 bibliografiniai šaltiniai. / Usage of compositional materials in aviation increases. To ensure safety in aviation - reliable control systems are required. Method of examination of compositional materials using ultrasound measuring system is introduced in this work. This method implies usage of acoustic lattice for measurement of created ultrasound waves in examined layer. This method complies with requirements for accuracy, reliability and effectiveness.

Les ultrasons focalisés de hautes intensités ont la capacité de déposer de l'énergie ultrasonore localement et de façon non invasive dans les tissus biologiques. Il est possible d'exploiter les effets mécaniques et/ou thermiques en fonction des paramètres ultrasonores utilisés. Guidée par un système d'Imagerie de Résonance Magnétique, cette technologie se voit dotée d'une modalité de planification et le suivi en temps réel de la procédure. Les applications actuelles des ultrasons focalisés guidés par IRM sont sur des organes fixes, notamment le cerveau et l'os ou le fibrome utérin. Dans le cas du cœur, d'une part la présence de mouvements cardiaques et respiratoires constitue une difficulté importante, tant pour le traitement ultrasonore (balistique) que pour l'IRM de température (artéfacts sur les images). D'autre part, la cage thoracique joue le rôle de barrière pour la propagation des ultrasons. Dans ce travail de thèse, un ensemble de techniques nouvelles pour l'ablation et la stimulation cardiaque non invasive par ultrasons focalisés guidés par IRM a été développé. Une première étude montre la faisabilité technique de contrôler le rythme cardiaque par des impulsions ultrasonores brèves dirigées vers le myocarde. L'influence des paramètres des impulsions a été étudiée quantitativement sur cœur isolé battant puis in vivo sur un modèle préclinique. Pour cela, un dispositif original a été développé. Une seconde étude présente de nouvelles méthodes rapides d'IRM permettant de cartographier simultanément la température et le déplacement local induit par les ultrasons focalisés. La méthode est validée sur le foie sur un modèle préclinique, et démontre qu'il est possible de corréler la dose thermique obtenue par thermométrie IRM à un changement des propriétés mécaniques des tissus traités mesurés simultanément. Une troisième étude a consisté à développer une technique de mesure de position de la cible en 3D temps réel par quelques éléments de l'émetteur ultrasonore opérant en réception. Cette mesure permet de corriger dynamiquement la position du foyer ultrasonore pour maximiser le dépôt d'énergie au point ciblé, le tout monitoré par thermométrie IRM temps réel à une cadence de 10 images par seconde. Là encore, une validation préclinique est présentée. Ce travail de thèse propose donc des avancées importantes pour lever les verrous actuels de la technologie permettant d'envisager des traitements non invasifs des pathologies cardiaques par voie non invasive, le tout guidé par IRM en temps réel. / High intensity focused ultrasound has the ability to deposit ultrasonic energy locally and non-invasively into biological tissues. It is possible to exploit the mechanical and/or thermal effects according to the ultrasonic parameters used. Guided by a Magnetic Resonance Imaging (MRI) scanner, this technology is equipped with a planning modality and real-time monitoring of the procedure. As of now, applications of MRI-guided focused ultrasound are on fixed organs, including brain and bone or uterine fibroid. For the heart, the presence of cardiac and respiratory movements constitutes an important difficulty, both for the ultrasonic (ballistic) treatment and for the temperature monitoring under MRI (artefacts on images). In addition, the rib cage acts as a barrier for the propagation of ultrasounds. In this thesis work, a set of new technological development have been developed for ablation and non-invasive cardiac stimulation using focused MRI-guided ultrasound. A first study shows the technical feasibility of controlling heart rhythm by short ultrasound pulses targeted to the myocardium. The influence of the parameters of the pulses (duration, amplitude, emission time in the cardiac cycle) were studied quantitatively on isolated beating heart then in vivo on a preclinical model. For this, an original device was developed. A second study presents new rapid MRI methods for simultaneously mapping the temperature and local displacement induced by focused ultrasound. The method is validated on the liver on a preclinical model and demonstrates that it is possible to correlate the thermal dose obtained by MR-thermometry with a change in the mechanical properties of the treated tissues measured simultaneously. A third study consisted in developing a technique for measuring the position of the target in 3D real-time using some elements of the ultrasonic transmitter as receivers. This measure allows to dynamically correct the position of the ultrasonic focus to maximize energy deposition at the targeted point. In addition, we monitored in real-time the procedure using MR-thermometry at a rate of 10 images per second. Here again a preclinical validation is presented. This thesis work proposes important advances to remove the current locks of the technology allowing to envision noninvasive treatments of cardiac pathologies, all guided by MRI in real-time.

Les pratiques d’agriculture et de production alimentaire évoluent de façon profonde afin de proposer une offre alimentaire permettant de répondre aux enjeux de la croissance démographique, et de satisfaire des critères de santé et de durabilité. Cependant, le succès des produits alimentaires qui découlent de ces mutations repose avant tout sur leur appréciation sensorielle par le consommateur. En particulier, les perceptions de texture jouent un rôle majeur dans les choix et préférences des consommateurs.Ces travaux de thèse s’insèrent dans la problématique générale de la compréhension des mécanismes de perception de texture qui découlent des interactions mécaniques entre la langue, l’aliment et le palais durant le processus oral. L’objectif de la thèse réside dans le développement d’une méthode nouvelle et originale, basée sur les ultrasons quantitatifs, pour l’évaluation non-destructive, non-invasive et en temps réel des propriétés mécaniques du système langue-aliment-palais.Un montage bio-mimétique a été développé au laboratoire afin de reproduire en conditions contrôlées, in vitro, le comportement du système langue-palais durant la compression d’un aliment. Ce système a permis de progressivement prendre en compte la complexité de l’environnement physiologique, en intégrant notamment les caractéristiques liées à la rugosité, à la lubrification et à la déformabilité de la langue. Un ensemble de gels modèles d’agar et de gélatine a été développé, permettant d’obtenir une gamme de produits alimentaires avec des caractéristiques physiques et sensorielles contrastées. Un dispositif expérimental à ultrasons quantitatifs a ensuite été conçu afin de mesurer la réponse échographique du système langue-aliment-palais au cours de compressions uni-axiales imposées par le système biomimétique sur les aliments modèles. Des techniques de traitement du signal et des outils de simulation de propagation d’ondes ont permis de développer des indicateurs quantitatifs fournissant des informations sur les mécanismes physiques observés aux interfaces du système langue-aliment-palais. Deux paramètres ultrasonores ont alors été identifiés : i) la réflectivité de l’interface entre la langue et l’aliment, qui permet de caractériser le contact intime entre l’aliment et les aspérités de la surface de la langue, et ii) le temps de vol des ondes ultrasonores dans l’aliment, qui traduit l’état de déformation subi par ce dernier. Ces propriétés issues des signaux ultrasonores ont été confrontées à des données d’analyse sensorielle évaluées grâce à un panel de juges entraînés sur les aliments modèles sélectionnés. Les attributs sensoriels « humide » et « glissant » ont par exemple pu être mis en relation avec les mesures de réflectivité ultrasonore à l’interface langue-aliment, elles-mêmes liées à l’état de lubrification de l’interface.Ces travaux de thèse ont ainsi permis de montrer le potentiel des méthodes ultrasonores pour mieux comprendre et caractériser, en conditions in vitro contrôlées, des phénomènes physiques qui peuvent jouer un rôle important dans les mécanismes de perception de texture de l’aliment. Ils permettront d’ouvrir la voie aux perspectives de transfert de la technologie en conditions in vivo, directement sur le consommateur. / Agriculture and agri-food industry practices evolve in a deep way to supply a new food offer allowing to address population growth issues, and to meet health and sustainability criteria. However, the success of commercial products emerging from these transformations highly depends on sensory appreciation by the consumer. In particular, texture perceptions have been shown to play a major role in the choices and preferences of consumers.This thesis work fits within the general issue of understanding the mechanisms of texture perception resulting from the mechanical interactions between tongue, food and palate during oral processing. The aim of this thesis lies in the development of a new and original method, based on quantitative ultrasounds, for the non-destructive, non-invasive and real time evaluation of the mechanical properties of the tongue-food-palate system.A bio-mimicking system was developed in the laboratory to reproduce in controlled in vitro conditions, the behavior of tongue-palate system during the compression of a food sample. This system allowed to consider gradually the complexity of the physiological environment, by integrating characteristics related to tongue roughness, lubrication and deformability. A set of model gels of agar and gelatin was developed to obtain a range of food products with contrasting physical and sensory characteristics. Then, a quantitative ultrasound device was designed to measure the ultrasound pulse-echo response of the tongue-food-palate system throughout a uniaxial compression achieved by the bio-mimicking apparatus on the products. Signal processing methods and wave propagation simulation tools were used to develop quantitative indicators related to physical mechanisms occurring in tongue-food system interfaces. Two ultrasonic parameters were then identified: i) the reflectivity of tongue-food interface, which makes it possible to characterize the intimate contact between food and the asperities of tongue surface, and ii) the time of flight of ultrasonic waves through the food sample, which is related to the level of deformation undergone by the sample. Finally, the properties stemming from ultrasonic signals were compared with sensory data estimated on the set of food samples, thanks to a panel of trained judges. “Moist” and “slippery” sensory attributes were for instance shown to correlate with ultrasound reflectivity measurements, which are themselves related to lubrication conditions at tongue-food interface.This thesis work allowed to show the potential of ultrasonic methods to better understand and characterize, in controlled in vitro conditions, physical phenomena which may play an important role in the mechanisms of food texture perception. This work must pave the way for future investigations on the transfer of the technology to in vivo conditions, directly on the consumer.

L’imagerie préclinique in vivo en oncologie représente un outil de choix pour étudier lesmécanismes qui régissent cette pathologie mais également pour évaluer des solutionsdiagnostiques et thérapeutiques innovantes. Chaque modalité d’imagerie possède sespropres atouts et limites et c’est pourquoi il existe un réel bénéfice à associer plusieursmodalités pour recueillir des informations complémentaires. Dans la première partie de cetravail, la combinaison de l’imagerie de fluorescence 3-D avec l’imagerie microCT a été miseen oeuvre et s’est montrée particulièrement pertinente pour la caractérisation de différentsmodèles animaux de cancers pulmonaires représentant chacun spécifiquement une ouplusieurs étapes du développement tumoral primaire à l’invasion métastatique. Dans uneseconde partie, nous avons évalué le potentiel de l’imagerie photoacoustique pourl’imagerie non-invasive de la vascularisation et de l’oxygénation tissulaire dans différentscontextes physiopathologiques chez la souris ainsi que chez l’homme, démontrant ainsi sonfort potentiel translationnel. Des agents de contrastes fluorescents et photoacoustiques ontété utilisés pour augmenter le contraste tumoral et suivre les variations de niveaud’expression de biomarqueurs d’intérêt et le bénéfice apporté par l’utilisation d’unmarqueur présentant une spécificité tumorale a été démontré. En parallèle des étudesbiologiques, des développements technologiques en imagerie photoacoustique ont étéinitiés en vue d’améliorer le potentiel applicatif de cette modalité d’imagerie. / In vivo preclinical imaging in oncology is a tool of choice to study the mechanisms thatgovern this pathology as well as for the evaluation of innovative diagnostic and therapeuticsolutions. Each imaging modality has its own strengths and limitations and that’s why thereis a real benefit to combine several modalities to collect complementary information. In thefirst part of this work, the combination of 3-D fluorescence imaging with microCT imaginghas been implemented and has been particularly relevant for the characterization ofdifferent animal models of lung cancer mimicking one or several stages from primary tumordevelopment to metastatic invasion. In a second part, we assessed the potential ofphotoacoustic imaging for non-invasive imaging of vascularization and tissue oxygenation indifferent pathophysiological contexts in mice as well as in humans, thus demonstrating itshigh translational potential. Fluorescent and photoacoustic contrast agents have been usedto increase tumor contrast and monitor changes in the level of expression of biomarkers ofinterest and the benefit provided by the use of a tumor specific marker has beendemonstrated. In parallel with biological studies, technological developments inphotoacoustic imaging have been initiated in order to improve the application potential ofthis imaging modality.

Objetivos del estudio: establecer los efectos de ultrasonidos y ondas de choque radiales en el síndrome subacromial, determinar la posible influencia del sexo y analizar la rentabilidad de ambas técnicas. Realizamos un estudio en veinticuatro pacientes repartidos en dos grupos: un grupo recibió ondas de choque y el otro ultrasonidos. Los pacientes fueron evaluados mediante la escala DASH, Constant&Murley, UCLA, SF-36 y EVA, antes del tratamiento, al mes, a los tres meses y a los seis meses. El estudio no mostró diferencias entre ultrasonidos y ondas de choque, aunque ambos tratamientos mostraron eficacia. Dicha mejoría fue mayor en los varones. Obtuvimos un coste por paciente menor con las ondas de choque. Conclusiones: ambas técnicas son eficaces en el tratamiento del síndrome subacromial, aunque no encontramos diferencias estadísticamente significativas entre ellas. Los resultados fueron mejores en los varones. En dichas condiciones, el abordaje con ondas de choque radiales es más rentable. / Objectives: To set the utility of ultrasound and radial shock waves in subacromial syndrome; to determinate the possible influence of sex; to analyse the profitability of both techniques. We did a clinical trial in twenty-four patients, divided in two groups: one of them received shock waves treatment, the other group received ultrasounds. The patients were evaluated using DASH scale, Constant&Murley, UCLA, SF-36 and VAE scales before treatment, one month, three months and six months later. No significant differences were found between the two techniques, although both treatments improved symptoms and function. That improvement was better in males. We obtained a patients’ cost in shock waves group lower than in ultrasounds one. Conclusions: both techniques are effective in the treatment of subacromial syndrome, although we couldn’t find relevant differences. The results were better in males. Thus, radial shock waves treatment is more profitable than ultrasounds one.

En l'actualitat, determinar la posició d'un mòbil en interiors de locals en els que no es rep el senyal GPS i per on hi circulen persones habitualment, no es pot resoldre si no és amb un error mínim d'un metre i mig. La present tesi descriu la solució que permet reduir aquest error fins a fer-lo menor de 30cm, gràcies al desplegament d'una xarxa d'emissors d'ultrasons en el sostre del local, alimentats per un sincronisme comú. Cadascun d'aquests emissors està configurat amb un número identificador únic, identificador que cada emissor emet sobre una portadora ultrasònica de 40Khz, tot emprant una modulació d'amplitud. Els receptors que circulen per sota dels emissors reben els codis d'aquells que cauen dins del seu radi de cobertura, tradueixen el retard temporal en distància i obtenen la seva posició per triangulació. Atès que els receptors i els emissors no estan sincronitzats i que la velocitat del so a l'aire varia en funció de la temperatura i la resta de condicions ambientals, s'ha hagut d'implementar un algorisme d'aproximació successiva basat en el fet que la coordenada z del receptor és coneguda i fixada. Aquest algorisme és capaç de resoldre la desincronia entre emissors i receptors emprant tres emissors i eliminar les influencies ambientals si disposa de quatre emissors.La tesi es completa amb l'anàlisi de les alternatives rivals i amb un estudi sobre els efectes que l'exposició perllongada als ultrasons pot causar en persones i animals domèstics.Cal esmentar que aquesta solució es troba en fase d'acceptació de la patent. / En la actualidad, determinar la posición de un objeto móvil en interiores de locales en los que no se recibe la señal GPS y por donde circulan personas habitualmente, no se puede resolver si no es con un error mínimo de un metro y medio. La presente tesis describe la solución que permite reducir este error hasta hacerlo menor de 30 cm, gracias al despliegue de una red de emisores de ultrasonidos en el techo del local, alimentados por un sincronismo común. Cada uno de estos emisores está configurado con un número identificador único, identificador que cada emisor emite sobre una portadora ultrasónica de 40Khz, utilizando una modulación de amplitud. Los receptores que circulan por debajo de los emisores reciben los códigos de aquellos que caen dentro de su radio de cobertura, traducen el retardo temporal en distancia y obtienen su posición por triangulación. Dado que los receptores y los emisores no están sincronizados y que la velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura y el resto de condiciones ambientales, se ha tenido que implementar un algoritmo de aproximación sucesiva basado en el hecho que la coordenada z del receptor es conocida y fichada. Este algoritmo es capaz de de resolver la falta de sincronización entre emisores y receptores utilizando tres emisores y eliminar las influencias ambientales si dispone de cuatro emisores. La tesis se completa con el análisis de las alternativas rivales y con un estudio sobre los efectos que la exposición prolongada a los ultrasonidos puede causar en personas y animales domésticos. Se debe anotar que esta solución se encuentra en fase de aceptación de la patente. / At present, determining the position of a movable object inside a local which does not receive the GPS signal is only possible with the minimum margin error of one and a half meters. This thesis describes a solution which permits a reduction in the margin of error, decreasing it to 30cm, thanks to the creation of a network of ultrasounds emitters, supplied by a common synchronism, in the ceiling of the building. Each emitter is configured with a unique identification code that each emitter emits on an ultrasonic carrier of 40 Khz, using amplitude modulation.Receptors circulating below the emitters receive the codes of the emitters which are within each coverage area, covert the temporary delay into distance and obtain its position by triangulation. Given the fact that the receptors and the emitters are not synchronized and that the sonic speed in the air varies depending on the temperature and other environmental conditions, we have had to implement an algorithm of subsequent approximation based on the fact that coordinate z of the receiver is recognised and set. This algorithm solves the problem of the lack of synchronization between emitters and receptors using three emitters and it also deletes the environmental influences in the case of the receptor having four emitters. The thesis is completed with the analysis of the alternatives available and a study on the possible effects of prolonged exposure to ultrasounds on people and domestic animals. The fact that this solution is in currently awaiting patent approval should be underlined.

L’utilisation de technologies d’extraction est cruciale dans l’industrie cosmétique. Cette étape de procédé consomme beaucoup d’énergie et de grandes quantités de matières premières. De plus, les solvants utilisés ne sont pas tous anodins, et certains sont issus de produits pétroliers. Afin de mieux préserver l’environnement et la santé humaine, il faut trouver des alternatives aux solvants et aux méthodes d’extractions conventionnelles. Pour cela, nous avons utilisé l’eau comme solvant et des technologies innovantes pour créer de nouvelles méthodes. Les travaux présentés dans cette thèse font tout d’abord un état de l’art des méthodes d’extractions utilisant l’eau comme solvant. L’ensemble de ces méthodes très anciennes, comme récentes, ont toutes leurs spécificités en termes de matrices et de molécules extraites. Puis nous nous sommes intéressés à une méthode ancienne qu’est l’hydrodistillation. L’extraction et la séparation simultanée des composés hydrosolubles et volatiles des feuilles de boldo (Peumus boldus, Mol.) est ensuite effectuée à l’aide des micro-ondes. L’optimisation des paramètres ont ensuite aboutis sur un scale-up à l’échelle pilote. L’intensification et la mise en continu de l’extraction des feuilles de boldo assisté par ultrasons sont ensuite explorés. Puis, nous étudions une méthode en cours de maturation avec l’assistance des tensioactifs pour l’extraction de composés hydrophiles et hydrophobes du romarin (Rosmarinus officinalis L.) dans l’eau. Enfin, nous avons exploré une méthode d’extraction encore en R&D. Elle utilise uniquement l’eau pour obtenir des composés hydrophobes de l’écorce d’orange douce ( Citrus sinensis L.) à l’aide d’un appareil micro-ondes pour atteindre un état subcritique. / The use of innovative extraction technologies is of outmost importance in the cosmetic industry. This process step is consuming large amounts of energy and materials. Furthermore, some solvents used are not benign. Some of them are from oil products. In order to better preserve the environment and human health, we must find alternatives to solvents and conventional extraction methods. To pursue this goal, we will use water as solvent and innovative technologies to create new extraction methods of natural products. The work presented in this thesis first establishes a review of extraction methods. All those methods, old as well as new ones, are specific in terms of target matrix or extracted molecules. Then, we focused on a mature extraction method: hydrodistillation. The simultaneous extraction and separation of water soluble compounds as well as volatile compounds from boldo leaves (Peumus boldus, Mol.), is undertaken with the help of microwaves. The parameters optimization leads to a pilot scale-up. The intensification and continuous mode transition of the ultrasound assisted extraction of boldo leaves is then studied. Afterwards, we studied the maturing method of surfactant addition to water. This is in order to extract hydrophilic and hydrophobic compounds of rosemary (Rosmarinus officinalis L.). Finally, we explored an extraction method still in R&D. This method use only water in order to extract hydrophobic compounds of sweet orange peels ( Citrus sinensis L.) with a microwave device.

La présente étude a été réalisée dans le cadre d'une collaboration entre le groupe de recherche GREM3 du laboratoire LAPLACE de Toulouse et la société de recherche contractuelle SINAPTEC située à Lille. SINAPTEC conçoit et développe des systèmes ultrasonores piézoélectriques résonants pour un grand nombre d'applications industrielles et a pour volonté d'améliorer sa compréhension des phénomènes mis en jeu ainsi que les performances et les fonctionnalités de sa technologie actuelle. L'objectif de cette étude est d'exploiter la sensibilité des transducteurs piézoélectriques résonants afin de leur conférer une fonction de capteur en vue de mieux contrôler leur action sur le milieu à traiter par le suivi de l'évolution de l'impédance électromécanique. Actuellement, pour le pilotage et le contrôle des transducteurs US de puissance dédiés aux applications en milieu liquide - qui font l'objet de la présente étude - plusieurs difficultés se posent. Tout d'abord la première difficulté, inhérente à la nature même des transducteurs piézoélectriques de puissance, est la dérive de leurs caractéristiques avec l'échauffement. L'échauffement dans le transducteur provoque une dérive de sa fréquence de résonance et de ses propriétés mécaniques qui est partiellement solutionnée par un asservissement en fréquence (et/ou en puissance) mais il n'en reste pas moins qu'une dégradation des performances de l'actionneur est observée. La deuxième difficulté réside dans le fait que le transducteur plongé dans une charge liquide est difficile à contrôler car l'application des ondes ultrasonores de puissance dans ce milieu provoque l'apparition de microbulles de vapeur, c'est le phénomène de cavitation qui est extrêmement complexe et fortement non linéaire. L'objectif est donc de trouver une méthode simple, peu consommatrice en ressources pour être implémentée dans la nouvelle génération de générateurs électroniques de SINAPTEC et qui permette d'extraire des informations pertinentes sur le milieu liquide - comme l'intensité de la cavitation par exemple - mais aussi sur l'état du transducteur et son évolution pendant qu'il fonctionne à forte puissance dans des conditions normales d'utilisation. Le principe de la méthode proposée repose sur le calcul de l'impédance de charge du transducteur en fonctionnement et son suivi en « temps réel »par mesure des signaux électriques et à partir de ses caractéristiques à vide. Pour montrer la faisabilité d'une telle méthode, une modélisation analytique par le modèle des matrices de transfert ainsi qu'une modélisation numérique, à l'aide du logiciel ANSYS, ont été réalisées afin de qualifier l'effet de la charge liquide en régime stable et cavitant sur l'impédance électrique du transducteur. Deux transducteurs ont été modélisés : un système ultrasonore standard de SINAPTEC, classiquement utilisé pour les applications en milieu liquide, et un transducteur spécialement conçu pour être plus sensible à la charge et plus facilement pilotable. Cette modélisation a été complétée par des expérimentations afin de confirmer la faisabilité de la méthode en milieu cavitant. La modélisation ainsi que les expérimentations ont permis de confirmer que les propriétés du milieu liquide en contact avec le transducteur sont corrélées à l'impédance électrique de ce dernier (et à sa fréquence de résonance). De ce fait, il devient alors possible, en suivant/observant l'impédance électrique du transducteur, de déterminer certaines propriétés du milieu et ainsi permettre un meilleur suivi de l'action du transducteur sur sa charge. / This study is the result of a collaboration between the research group GREM3 of the LAPLACE Laboratory in Toulouse and SINAPTEC, a research company located in Lille. SINAPTEC designs and develops resonant piezoelectric ultrasonic systems for many industrial applications and wants to improve the performance and functionality of its current technology. The objective of this study is to exploit the sensitivity of resonant piezoelectric transducers to use them as sensors in order to better control their action on the medium to be treated by monitoring the evolution of their electromechanical impedance. ABSTRACT : Currently, several difficulties arise for the control of high power ultrasonic transducers dedicated to applications in liquid media - which are the subject of this study. The first difficulty - inherent in the nature of piezoelectric transducers- is the shift of their characteristics with heating. Heating in the transducer causes a drift of the resonance frequency and its mechanical properties which is partially solved by a frequency control loop, but a performance degradation of the actuator is still observed. The second difficulty lies in the fact that the transducer immersed in a liquid load is difficult to control because the application of high power ultrasonic waves in the medium generates micro-bubbles in the liquid: it is the phenomenon of cavitation, extremely complex and highly non-linear. The objective is to find a simple method, to be implemented in the next generation of electronic generators of SINAPTEC, that allows to extract relevant information on the liquid medium (such as the intensity of cavitation for instance) but also on the state of the transducer and its evolution during operation at high power under normal conditions of use. The principle of the proposed method is based on the calculation of the transducer load impedance while functioning by measuring electrical signals and using its unloaded characteristics. To show the feasibility of such an approach, the analytical model of the transfer matrices as well as a finite element model ( using ANSYS software) were implemented to characterize the effect of stable and cavitating liquid loads on the electrical impedance of the transducer. Two transducers were modeled: a standard ultrasound system of SINAPTEC, typically used for applications in liquid media, and a transducer specifically designed to be more sensitive to the load and more easily controllable. These model were complemented by experiments to confirm the feasibility of the method in a cavitating environment. Modeling and experiments have confirmed that the properties of the liquid in contact with the transducer are correlated with the electrical impedance of the latter (and its resonance frequency). Thus, it becomes possible to determine certain properties of the medium by monitoring the electrical impedance of the transducer and it should allow a better control of the action of the transducer on the load.

Les préoccupations relatives à la consommation de l’énergie et notamment des pertes provoquent une demande d’optimisation toujours plus forte des procédés. La recherche de l’efficacité maximale dans les échangeurs de chaleur est d’autant plus forte lorsque ceux-ci ne fonctionnent pas au régime nominal. L’étude présentée dans ce mémoire se concentre sur une problématique de l’efficacité des échangeurs thermiques : la distribution diphasique. Le but de ce travail a été de montrer la faisabilité d’un dispositif améliorant la répartition des deux phases dans un échangeur à mini canaux. La méthode choisie a été l’introduction d’ultrasons par le biais de générateurs placés dans le distributeur produisant une fontaine. Cette technologie présente l’avantage d’être facilement modulable en ne changeant que la tension d’entrée des appareils. Ceci permet donc de pouvoir adapter le dispositif aux différentes conditions opératoires. Des essais expérimentaux ont été réalisés dans différentes conditions, en changeant notamment le débit de chaque phase. La densité de flux massique a été variée de 60 kg.m-2.s-1 à 450 kg.m-2.s-1 et le titre massique de moins de 1% à plus de 23% en entrée de section d’essais. Les comparaisons entre les différents essais se sont faite par la mesure des débits de chaque phase sortant des canaux. L’introduction des ultrasons a également été étudiée en jouant sur le placement et le nombre des générateurs d’ultrasons. Cette technologie s’est alors montré viable car la distribution diphasique est améliorée dans une grande majorité des cas testés. Des phénomènes intéressant ont même été observés, permettant lors d’une prochaine étude, des approches différentes mais complémentaires. / Concerns about energy consumption including thermal losses cause a need in greater optimization of the processes. The goal of the maximum efficiency in heat exchangers is even stronger when they do not work at nominal conditions. The study presented in this paper focuses on the two-phase flow distribution problematic. The aim of this work was to demonstrate the feasibility of a device that can improve the distribution of the two phases in a mini-channel heat exchanger. The method chosen was the introduction of ultrasound through generators placed in the distributor where they can produce an ultrasonic fountain. This technology has the advantage of being easily adjustable by changing the input voltage of the devices. This therefore allows the device to adapt to different operating conditions. Experimental tests have been done under different conditions, in particular by changing the flow rate of each phase. The mass flow density was varied from 60 kg.m-2.s-1 to 450 kg.m-2.s-1 and the mass quality of less than 1% to over 23% at the tests section inlet. Comparisons between different tests were made by measuring flow rates of each phase at the outlet of the channels. The introduction of ultrasound was also studied by varying the placement and number of the generators of ultrasound. This technology has been shown as viable two-phase distribution enhancement in a majority of cases tested. Interesting phenomena were even observed, which allows, for a future study, different but complementary approaches.