Le mémoire de maîtrise présente la dynamique de rotor d’une microturbine à gaz à configuration renversée permettant l’intégration de pales en céramique. Cette configuration permet d’utiliser des pales de turbine complètement en céramique car elles sont retenues en compression de l’extérieur par un anneau en composite qui est en rotation. Par contre, la configuration renversée nécessite une nouvelle conception de moyeu de turbine. En effet, l’anneau en composite est loin de l'axe de rotation. Par conséquent, il se dilate beaucoup dus aux efforts centrifuges ce qui entraîne un grand déplacement des pales. L’idée est donc de faire un moyeu flexible qui vient suivre le déplacement des pales pour appliquer une pression en dessous de ceux-ci, afin de les tenir en place par friction. La dynamique de rotor avec moyeu flexible est très peu documentée dans la littérature. Le projet de recherche consiste en la compréhension de la dynamique d’un moyeu flexible pour cibler les paramètres intervenant dans la vibration d’une turbine renversée. La recherche se fera via la conception d’un prototype permettant d’étudier l’effet de la flexibilité pour un concept donné. L’analyse de dynamique de rotor avec moyeu flexible est faite avec un modèle par éléments finis linéaire. Malgré le fait que des non-linéarités peuvent provenir des roulements à billes supportés par des films amortisseurs, un type de roulements couramment utilisé pour supporter des turbocompresseurs, il est démontré qu’un modèle linéarisé capte plutôt bien les tendances mesurées. Le but de ce projet est de déceler les paramètres problématiques d’un moyeu flexible et de découvrir les paramètres permettant une bonne dynamique.

Le marché de l'énergie distribuée est actuellement en pleine expansion et favorise l'intégration d'une multitude de sources d'énergie, et les machines à combustion interne ne sont pas exclues. Les moteurs à piston sont actuellement les principaux acteurs du marché, en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût en capital. Cependant, la réglementation de plus en plus sévère sur les émissions ainsi que les coûts liés à la maintenance et les temps d'arrêt sont prohibitifs pour ce type de machines, en particulier dans le segment de basse puissance et de production d’énergie et de chaleur combinées (CHP). C'est là que les microturbines opérant sous le cycle récupéré – de petites turbines à gaz qui produisent moins de 1 MW de puissance – ont un avantage concurrentiel, grâce à moins de pièces en mouvement, une combustion plus propre et une température élevée d'échappement. Les petites turbomachines récupérées doivent atteindre des températures d'entrée de turbine (TIT) très élevées, requises pour atteindre 40% de rendement thermique. Les céramiques non refroidies offrent une solution très attrayante, avec plusieurs essais mais des résultats peu concluants dans la littérature. Ce travail présente une nouvelle architecture qui prend en charge des pales en céramique monolithique dans un environnement d’opération à chaud. La turbine renversée en céramique (ICT) est constituée d'un moyeu métallique flexible qui fournit une base souple pour les pales individuelles en céramique qui sont supportées par l'extérieur par un anneau en composite carbone-polymère. Les forces centrifuges chargent les pales en compression au lieu d’en tension, exploitant ainsi la résistance en compression typiquement élevée des céramiques techniques. Le document présente la validation expérimentale entreprise pour vérifier l'intégrité structurelle d’un prototype de configuration ICT à petite échelle, dans des conditions de fonctionnement à froid et à chaud, ainsi que les étapes qui y ont mené. Les résultats expérimentaux montrent que l'ICT supporte des pales en alumine dans les tests à froid et le nitrure de silicium pour des températures d'entrée du rotor jusqu'à 1000 K, avec des vitesses de pointe de pale atteignant 271 m/s. L’incursion d’objet domestique, l'événement le plus désastreux à se produire dans les turbines en céramique dans la littérature, n'a pas causé de dommages aux pales dans cette configuration. Ces résultats indiquent que l'architecture ICT est robuste et viable, et que le développement peut être poursuivi pour augmenter la TIT et la vitesse de pointe de la turbine, afin d’éventuellement parvenir à une microturbine récupérée en céramique de 1600 K de TIT.

Les applications de réfrigération sont aujourd’hui majoritairement réalisées par des machines à compression alimentées en électricité. Animées à partir d’une source chaude, l’utilisation de machines à absorption permet d’utiliser très peu d’électricité comparée à une machine à compression et d’utiliser des réfrigérants écologiques. Le faible coefficient de performance et le coût élevé de ces machines est compensé par l’utilisation de rejets thermiques industriels destinés à être rejeté dans l’environnement et donc considérés comme gratuits. Le but de cette étude est de modéliser une machine à absorption hybride, utilisant le couple de fluide eau et ammoniac, en y ajoutant un compresseur ou booster dans la zone haute pression du circuit et d’évaluer ses performances. Cette modification crée une pression intermédiaire au désorbeur permettant de diminuer la température des rejets thermiques exploitables. Une température de rejets réutilisable de 50°C, contre 80°C actuellement, ouvrirait alors la voie à de nouvelles sources communes d’énergie. Le logiciel ASPEN Plus de simulation des procédés a été choisi afin de modéliser en régime permanent le système. Le modèle est en partie validé par l’étude expérimentale d’une machine à absorption commerciale de 10kW pour des applications de climatisation. Cette machine est située au Laboratoire des Technologies de l’Énergie d’Hydro-Québec. Ensuite, une étude de design permet de montrer, à puissance de réfrigération constante, les impacts bénéfiques de la technologie hybride sur le rendement exergétique, mais également sur la taille globale des échangeurs nécessaires. La technologie hybride est alors analysée économiquement face à une machine à absorption chauffée au gaz pour montrer sa rentabilité.

La modélisation physique de la phonation a pour but d'expliquer et reproduire les phénomènes intervenant lors des oscillations des plis vocaux, à l'origine des signaux acoustiques constituant les sons voisés de la parole. Cette thèse propose tout d'abord une étude expérimentale et la modélisation de l'influence de différentes conditions mécaniques, géométriques et acoustiques sur les propriétés des oscillations de répliques déformables de plis vocaux. Un intérêt particulier est ensuite porté sur la modélisation de l'écoulement glottique. L'inversion des modèles unidimensionnels est utilisée pour estimer des quantités généralement considérées comme les paramètres d'entrée/contrôle. Un modèle laminaire 2D basé sur la méthode des éléments finis est mis en oeuvre pour décrire plus finement l'écoulement glottique. Les prédictions des modèles d'écoulement sont confrontées à des mesures in-vitro réalisées sur des répliques rigides de plis vocaux pour différentes conditions.

L'oxydation hydrothermale est une méthode de traitement des effluents industriels aqueux. Elle consiste en une minéralisation totale de la matière organique en présence d'un oxydant dans de l'eau sous pression et sous haute température. Le travail de thèse a pour<br />objectif de construire des outils de simulation permettant le développement et le dimensionnement d'unités industrielles d'oxydation hydrothermale. Le premier chapitre s'est attaché à présenter, les propriétés physicochimiques spécifiques de l'eau supercritique. Puis, un état du marché potentiel de la biomasse, disponible et traitable par le procédé d'oxydation hydrothermale, est décris. Enfin, l'état de l'art des procédés générateurs d'énergie et des<br />travaux traitant de la valorisation de la biomasse par oxydation hydrothermale est dressé. Le second chapitre présente les résultats liés à la valorisation des déchets issus de la biomasse sous forme électrique pour le procédé d'oxydation hydrothermale. Dans ce chapitre, le<br />procédé d'oxydation hydrothermale est décrit, ses contraintes et les résultats d'optimisation<br />sont présentés. Le troisième chapitre est dédié à la modélisation d'un réacteur réservoir polyphasique et à la validation de ce modèle grâce aux résultats expérimentaux obtenus sur le pilote de I.C.M.C.B. L'originalité de ce modèle réside en la prédiction du comportement d'une population de particules dans un réacteur réservoir en conditions supercritiques.

L'objectif de la thèse a été l'étude de l'hybridation d'un groupe électrogène à pile à combustible (GE à PAC) dans le cas d'une application embarquée. Une partie importante du travail a consisté à tester en simulation diverses architectures de sources hybrides GE à PAC/superconducteurs. Plusieurs modèles ont été mis au point et utilisés suivant l'objectif envisagé. Le modèle du GE à PAC quasi-statique permet de prédire de manière rapide et qualitative les grandeurs électriques mises en jeu dans la chaîne sur des profils de mission temps - vitesse avec des stratégies de gestion de l'énergie plus ou moins complexes ; un modèle dynamique plus élaboré a été introduit pour étudier certains phénomènes transitoires. Une étude expérimentale met en oeuvre le concept d'hybridation de GE à PAC. Le démonstrateur réalisé doit permettre la validation des modèles et des stratégies de gestion de l'énergie élaborés dans la première partie du travail. Il constitue aussi un dispositif médiatique.

La crise du pétrole et les contraintes écologiques obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques et hybrides électriques. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de vérifier la faisabilité d'une chaine de traction hybride innovante consistant à partir d'unvéhicule thermique existant et à réduire la puissance du moteur thermique tout en ajoutant des moteurs intégrés dans les roues du train arrière. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'un projet financé par l'ADEME et en collaboration notamment avec le constructeur automobile AIXAM-MEGA.Plus précisément, le travail de thèse a donc porté sur le dimensionnement des sources énergétiques, la modélisation énergétique et fonctionnelle du véhicule et enfin la réalisation et la caractérisation expérimentale du véhicule.Dans le premier chapitre, l'auteur développe une revue bibliographique relative aux véhicules hybrides électriques existants. Cela permet ensuite d'introduire le concept innovant de chaine de traction hybride décrit ci-dessus, reposant en quelque sorte sur un couplage par la route des puissances de propulsion thermiques et électriques.Dans le deuxième chapitre l'auteur aborde le dimensionnement des sources énergétiques en se focalisant sur les super-condensateurs. Il propose une approche analytique simple de calcul reposant sur les missions définies par le constructeur AIXAM-MEGA. Les modules de supercondensateurs retenus sont ensuite caractérisés expérimentalement (capacité, résistance interne, rendement de stockage...) en prenant en compte l'effet de la température.Les troisième et quatrième chapitres sont consacrés à la modélisation du véhicule. En premier lieu, le troisième chapitre aborde la modélisation énergétique du véhicule. Le véhicule a entièrement été modélisé en utilisant le formalisme de représentation énergétique macroscopique développée initialement au Laboratoire d'Électrotechnique et d'Électroniquede Puissance de Lille. Ce modèle a permis de développer le contrôle du véhicule. Ensuite, dans le quatrième chapitre, l'auteur présente la modélisation fonctionnelle du véhicule par machine d'état. Cela permet de prévoir le comportement du véhicule dans ses différentes phases de vie et de définir les transitions entre ces différentes phases. Cette étape deprototypage virtuel est essentielle afin de vérifier en amont la fonctionnalité du véhicule et sa sécurité.Enfin, le cinquième et dernier chapitre est entièrement consacré à la caractérisation expérimentale du véhicule. Les différents fonctionnements thermiques, électriques et hybrides sont testés lors de vrais essais de roulage.En conclusion, le travail de thèse a abouti à la réalisation d'un véhicule hybride. Les approches de dimensionnement des sources et de modélisation sont ainsi validées, tout en faisant également la preuve de la faisabilité d'une chaine cinématique hybride électrique avec couplage par la route.

La crise du pétrole et les contraintes écologiques obligent de nombreux constructeurs automobiles à développer des programmes de recherche importants dans le développement des véhicules électriques et hybrides électriques. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de vérifier la faisabilité d’une chaine de traction hybride innovante consistant à partir d’unvéhicule thermique existant et à réduire la puissance du moteur thermique tout en ajoutant des moteurs intégrés dans les roues du train arrière. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’un projet financé par l’ADEME et en collaboration notamment avec le constructeur automobile AIXAM-MEGA.Plus précisément, le travail de thèse a donc porté sur le dimensionnement des sources énergétiques, la modélisation énergétique et fonctionnelle du véhicule et enfin la réalisation et la caractérisation expérimentale du véhicule.Dans le premier chapitre, l’auteur développe une revue bibliographique relative aux véhicules hybrides électriques existants. Cela permet ensuite d’introduire le concept innovant de chaine de traction hybride décrit ci-dessus, reposant en quelque sorte sur un couplage par la route des puissances de propulsion thermiques et électriques.Dans le deuxième chapitre l’auteur aborde le dimensionnement des sources énergétiques en se focalisant sur les super-condensateurs. Il propose une approche analytique simple de calcul reposant sur les missions définies par le constructeur AIXAM-MEGA. Les modules de supercondensateurs retenus sont ensuite caractérisés expérimentalement (capacité, résistance interne, rendement de stockage…) en prenant en compte l’effet de la température.Les troisième et quatrième chapitres sont consacrés à la modélisation du véhicule. En premier lieu, le troisième chapitre aborde la modélisation énergétique du véhicule. Le véhicule a entièrement été modélisé en utilisant le formalisme de représentation énergétique macroscopique développée initialement au Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électroniquede Puissance de Lille. Ce modèle a permis de développer le contrôle du véhicule. Ensuite, dans le quatrième chapitre, l’auteur présente la modélisation fonctionnelle du véhicule par machine d’état. Cela permet de prévoir le comportement du véhicule dans ses différentes phases de vie et de définir les transitions entre ces différentes phases. Cette étape deprototypage virtuel est essentielle afin de vérifier en amont la fonctionnalité du véhicule et sa sécurité.Enfin, le cinquième et dernier chapitre est entièrement consacré à la caractérisation expérimentale du véhicule. Les différents fonctionnements thermiques, électriques et hybrides sont testés lors de vrais essais de roulage.En conclusion, le travail de thèse a abouti à la réalisation d’un véhicule hybride. Les approches de dimensionnement des sources et de modélisation sont ainsi validées, tout en faisant également la preuve de la faisabilité d’une chaine cinématique hybride électrique avec couplage par la route. / The exhaustion, increased cost and location of fossil fuels on the one hand, and the environmental problems caused by emissions of CO2 in the atmosphere on the other hand, are forcing many automotive manufactures to develop major research programs in the designof electric vehicles and hybrid electric. In this context, this thesis aims to test the feasibility ofan innovative hybrid drivetrain consisting of a vehicle from existing heat and reduce engine power while adding motors integrated into the wheels of the rear axle. This work was conducted as part of a project funded by ADEME and also in collaboration with the car manufacturer Aixam-MEGA.More specifically, the thesis has focused on the design of energy sources, energy modeling and functional vehicle and finally the implementation and experimental characterization of the vehicle.In the first chapter, the author develops a literature review on the existing hybrid electric vehicles. This allows then to introduce the innovative concept of hybrid drivetrain described above, based somewhat on a road coupling powers of thermal and electric propulsion.In the second chapter the author discusses the design of energy sources focusing on ultracapacitors. It offers an analytical approach simple calculation based on the tasks set by the manufacturer Aixam-MEGA. Modules selected ultracapacitors are then characterized experimentally (capacity, internal resistance, storage efficiency ...) taking into account the effect of temperature.The third and fourth chapters are devoted to the modeling of the vehicle. First, the third chapter discusses the modeling efficiency of the vehicle. The vehicle has been fully modeled using the formalism of Energetic Macroscopic Representation initially developed at the Laboratory of Electrical and Power Electronics of Lille. This model has led to the development of vehicle control. Then, in the fourth chapter, the author presents the functional modeling of the vehicle state machine. This allows predicting the behavior of the vehicle in its different life phases and defining the transitions between these phases. This stage of virtual prototyping is essential to verify the functionality of the upstream and vehicle safety.Finally, the fifth and final chapter is devoted to the experimental characterization of the vehicle. The different operations thermal, electric and hybrid are tested in real taxi trials.In conclusion, the thesis has led to the realization of a hybrid vehicle. The design approaches and modeling of sources and are validated, while also demonstrated the feasibility of a hybrid electric powertrain coupling the road.

La prise en compte des pertes fer dans les machines électriques est une étape cruciale lors du processus de conception. L'objectif de ce travail a donc été de valider l'implémentation d'un modèle de pertes fer tout en effectuant une modélisation précise des machines électriques étudiées. Le choix s'est porté sur l'utilisation de modèles de calcul des pertes en post-traitement d'un code par éléments finis. Ainsi, différents modèles analytiques ont été comparés en régime sinusoïdal et non sinusoïdal (sans cycles mineurs) en termes de précision, afin de choisir le plus adapté pour une implantation dans code_Carmel. Par ailleurs, nous avons montré que la prise en compte des cycles mineurs peut être améliorée en remplaçant le terme classique de Steinmetz par un modèle d'hystérésis ou par un modèle analytique adapté. L'implémentation et la précision du modèle analytique ont été évaluées d'abord sur des systèmes simples puis sur plusieurs machines tournantes. La comparaison des résultats simulés avec les mesures issues des essais à vide montre une bonne concordance et démontre la capacité du modèle à estimer les pertes fer avec une bonne précision pour une large gamme de machines électriques et pour les deux types d'alimentations utilisés (sinusoïdale et MLI).

Répondant à un besoin grandissant de standardisation et d’adaptabilité pour les systèmes pyrotechniques, nous présentons au travers de ce travail un nouveau concept de leurre infrarouge intelligent, contrôlable à l’aide d’un système d’initiation électronique miniature embarqué. Notre solution innovante se décompose en trois blocs fonctionnels distincts : (1) un bloc d’éjection pyrotechnique contrôlable intégrant trois charges d’éjection dans une seule pièce plastique métallisée, (2) un bloc appelé fonction terminale, constitué d’un pain pyrotechnique infrarouge structuré, couplé à un étage de micro-initiation à base de nano-thermites, adressable et basse énergie, et (3) un bloc de contrôle, connecté et autonome, répondant au STANAG 4187 qui commande l’armement et la mise à feu des fonctions pyrotechniques. Au cours de ce travail, nous avons développé un code de balistique intérieure à paramètres globaux et un superviseur d’optimisation, capable de simuler n’importe quel système à effet mortier, et un code de régression géométrique basé sur la méthode level-set,capable de modéliser la combustion de n’importe quel pain solide multicomposition, compartimenté ou structuré, allumé séquentiellement ou simultanément en plusieurs points.Nous avons montré théoriquement, puis validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler finement la réaction de combustion des pains pyrotechniques IR grâce à un allumage séquentiel de ces derniers, ce qui représente une innovation importante en pyrotechnie. Nous avons validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler la vitesse d’éjection de leurres IR grâce à un allumage partiel d’impulseurs plastroniques. Ce travail a abouti à l’intégration des différents blocs fonctionnels dans un démonstrateur représentatif d’un leurre infrarouge intelligent et miniature : CASSIS. / Answering a growing need for standardization and adaptability in pyrotechnics, we hereby present a smart and safe pyrotechnical infrared (IR) flare electronically controllable through an embedded miniature initiation system. The countermeasure has been designed to fit within a 1”×1”×8” standard cartridge, and consists of three distinct blocks, which are mechanically and electronically interconnected: (1) a pyrotechnical ejection block integrating three ejection charges in a single metalized plastic casing, (2) a micro-initiation stage comprising nanothermite-based micro-initiators and a structured pyrotechnic loaf, (3) a STANAG 4187 compatible electronic control, command and power management block.Throughout this work, we developed a lumped parameter internal ballistics model for the ejection, and conducted a response surface methodology study to extract optimal design parameters. We developed a geometric regression script, based on level set techniques, to model the combustion of multicomponent, sequentially-initiated, partially inerted pyrotechnic loafs. We demonstrated, theoretically then experimentally, that we could control the combustion of IR pyrotechnic loaves using sequential initiation, and that we could control the ejection velocity of IR flares using multipoint mortar ejectors.This work resulted in integrating said technological block in a functional 1’’1’’8’’ controllable, autonomous safe and smart infrared flare demonstrator, CASSIS.