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International audience; A focus on a novel conjugate heat transfer method used to couple the arc-plasma andworkpiece (weld pool included) domains in a unified Tungsten Inert Gas welding modelis presented in this paper. The method uses a non-associated relation to implement anasymmetric thermal constraint when coupling the arc and workpiece domains. Themethod is shown to be conservative and robust. The algorithm is used in a unified 3DTIG welding model with displacement effects. The promising simulation results arecompared to experimental work from the literature.

This Habilitation thesis (Habilitation à Diriger des Recherches - HDR) manuscript focuses on my research work carried out within the Fuel Studies Department (DEC) of the the French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) since 2009. The first of my two main lines of research focuses on efficiency and precision of multiphysics couplings. In this context, I worked around the formalism of convergence acceleration of vector fixed point series, the reduced order modeling for the contact mechanics, but also around advanced multiphysics modeling and simulation for understanding the mechanism of pellet-cladding gap closure in fast neutron reactors.My second major area of research concerns the implementation of multiscale couplings for solid mechanics and for different scale ratios. I thus contributed to develop adaptive local multigrid mesh refinement techniques for nonlinear mechanics and I also worked around the industrial implementation of full field numerical homogenization methods based on the finite element square approach.; Ce manuscrit d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) se focalise sur mes travaux de recherche menés au sein du Département d'Études des Combustibles (DEC) du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) depuis 2009. Le premier de mes deux grands axes de recherche s'articule autour del'efficacité et de la précision des couplages multiphysiques. Dans ce cadre, j'ai travaillé autour du formalisme d'accélération de convergence des suites vectorielles de point fixe, de la réduction d'ordre de modèle pour la mécanique du contact, mais également autour de la modélisation et simulation multiphysiques avancées pour lacompréhension du mécanisme de rattrapage du jeu pastille-gaine dans les réacteurs à neutrons rapides.Mon deuxième grand axe de recherche concerne la mise en oeuvre de couplages multiéchelles pour la mécanique des solides et ce pour différents rapports d'échelles. J'ai ainsi contribué à développer des techniques de raffinement adaptatif de maillage de type multigrille local pour la mécanique non linéaire et j'ai également travaillé autour de la mise en oeuvre industrielle de méthodes d'homogénéisation numérique par champs complets de type éléments finis au carré.

At the nanoscale, thermal and vibrational properties are intimately linked and depend on the shape and composition of the material. Thanks to the nanostructuration, nanocomposites allow a better control of the heat transfer. This can be used to improve the performances of thermoelectric generators through a better insulation, but also to improve the heat management in microelectronics application. In this work, the thermal properties of some nanocomposites are studied using atomistic level simulations, thanks to molecular dynamics. In a first part, the focus is laid on nanocomposites composed of an amorphous matrix and crystalline nano-inclusions. The approach separating the propagative and diffusive contribution, developed for amorphous materials, is used. The ballistic contribution where the heat is propagated by plane waves is systematically impacted by the nanostructuration. Whereas affecting the diffusive contribution, that spreads the heat slowly at the nanoscale, is more challenging. This can be done, for instance, through pores or inclusions softer than the matrix but in variable proportions. A second part is dedicated to the study of silicon nanowires, and the impact of amorphization. For this, the transport of energy as a function of frequency in crystalline core amorphous shell nanowire is studied. An amorphous shell causes the apparition of diffusive transport and the decrease in transmission at low frequencies. Then, molecular dynamics are coupled to hydrodynamic heat equations to study the radial distribution of flux in those nanowires. This analysis suggests that the reduction of the thermal conductivity upon the addition of shell cannot be linked solely to modified interface properties, but are rather due to a global effect of the shell on the mean free path of heat carriers. Finally, it is shown that structuration of the amorphous layer in a conical shape can be used to obtain thermal rectification, that is, a spatial asymmetry in thermal transport. This rectification appears to be caused by the perturbation of transmission at low frequencies., À l'échelle nanométrique, les propriétés thermiques et vibratoires sont intimement liées et dépendent de la forme et de la composition des matériaux. Grâce à la nanostructuration, les nanocomposites permettent un meilleur contrôle du transport thermique. Ceci permet notamment d'améliorer les performances des générateurs thermoélectriques en offrant de meilleurs isolants, mais aussi une meilleure gestion de la chaleur dans les composants électroniques. Dans ce travail, les propriétés thermiques de quelques nanocomposites sont étudiées en utilisant des calculs à l'échelle atomiques, par le biais de la modélisation de Dynamique Moléculaire. Dans un premier temps, l'accent est mis sur des nanocomposites constitués d'une matrice amorphe et de nano-inclusions cristallines. L'approche développée pour les amorphes, séparant la partie balistique du transfert thermique qui prend la forme d'onde plane se propageant dans le matériau et la partie diffusive repartissant lentement l'énergie dans le matériau, est mise à profit. La séparation de ces contributions a montré que si la structuration affecte systématiquement la partie balistique, maîtriser l'impact sur le transport diffusif est plus complexe. Celui-ci peut notamment être réduit par la présence de pores ou d'inclusions plus molles que la matrice, mais dans des proportions variables. Une deuxième partie est consacrée à l'étude des nanofils de silicium, et à l'impact de l'amorphisation de ceux-ci. Pour cela, le transport d'énergie en fonction de la fréquence dans des nanofils avec une âme cristalline et une coque amorphe est étudié. La coque amorphe provoque l'apparition d'un transport diffusif et une baisse de transmission aux basses fréquences. Ensuite, la dynamique moléculaire est couplée aux équations hydrodynamiques du transport de chaleur. Ce couplage est mis à profit pour étudier la distribution radiale du flux de chaleur en régime établie dans les nanofils cylindriques avec une couche amorphe régulière. Cette analyse suggère que la réduction de la conductivité thermique due à l'ajout de la coque n'est pas uniquement liée aux changements des propriétés de l'interface, mais plutôt à un effet global de la coque amorphe sur le libre parcours moyen. Finalement, la structuration en cône de la couche amorphe est utilisée pour induire une rectification thermique, c’est-à-dire une asymétrie spatiale dans le transport thermique. Cette rectification semble être due à la perturbation de la propagation des porteurs de chaleur à basses fréquences.

In the transition to more electric aircraft, one of the technological locks is the overheating of electronic components, which affects deeply their reliability and their lifetimes. Therefore, it is necessary to control the temperature of the electronic components. This thesis aims to build two reduced thermal models to monitor in real time the temperature of electronic components. The difference between the direct reduced model (DROM) and the inverse reduced order model (IROM) lies in the input parameters and the mathematical formalism of their constructions. For the DROM, the input parameters are the boundary conditions. This model is developed in two stages. The first step is to build a reduced base representative of the solution by applying POD (Proper Orthogonal Decomposition) on a snapshots matrix. The snapshots matrix is obtained from the finite element model (FEM) solution. The second step is to calculate the coordinates of a new solution using the Galerkin projection of the FEM on the reduced basis. A DROM built with 10 modes decreases drastically the computational time and the obtained absolute error is less than 0.1 °C except during sudden power variations. For the IROM, the input parameters are the temperature of the sensors placed far from the electronic components. This model does not need to know the boundary conditions as the DROM. The first step is to build a reduced base that couples the temperature or electronic components and the temperature of sensors using the POD. The second step is to identify the coordinates of the electronic components temperature from the measurements using a minimization algorithm. The error of the IROM of order 3 does not exceed 0.6 °C except during sudden power variations., Dans la transition vers l’avion plus électrique, un des verrous technologiques est l'échauffement des composants électroniques ce qui affecte fortement leurs fiabilités et leurs durées de vie. Par conséquence, il est nécessaire de contrôler la température des cartes électroniques. Cette thèse a pour objectif de construire deux modèles thermiques réduits permettant de suivre en temps réel la température des composants électroniques. La différence entre le modèle réduit directe (MRD) et le modèle réduit inverse (MRI) réside dans les paramètres d'entrée et le formalisme mathématique de leurs constructions. Pour le MRD, les paramètres d'entrées sont les conditions aux limites. Ce modèle est élaboré sur deux étapes. La première étape consiste à construire une base réduite représentative de la solution en appliquant la POD (Proper Orthogonal Decomposition) sur une matrice snapshots. La matrice snapshots regroupe la solution du modèle éléments finis (MEF). La deuxième étape consiste à calculer les coordonnées d'une nouvelle solution en utilisant la projection de Galerkin du MEF sur la base réduite. Un MRD construit avec 10 modes diminue considérablement le temps de calcul et réalise une erreur absolue inférieure à 0,1 °C en dehors des variations brusques de puissance. Pour le MRI, les paramètres d'entrées sont les températures des capteurs implantés loin des composants électroniques. Ce modèle n'a pas besoin de connaitre les conditions aux limites comme le MRD. La première étape consiste à construire une base réduite qui couple les températures dans les composants électroniques et dans les capteurs de températures en utilisant la POD. La deuxième étape consiste à identifier les coordonnées des températures des composants électroniques à partir des mesures en utilisant un algorithme de minimisation. L'erreur du MRI d'ordre 3 ne dépasse pas 0,6 °C en dehors des variations brusques de puissance.

This thesis introduces three new developments of the reduced basis method (RB) and the empirical interpolation method (EIM) for nonlinear problems. The first contribution is a new methodology, the Progressive RB-EIM (PREIM) which aims at reducing the cost of the phase during which the reduced model is constructed without compromising the accuracy of the final RB approximation. The idea is to gradually enrich the EIM approximation and the RB space, in contrast to the standard approach where both constructions are separate. The second contribution is related to the RB for variational inequalities with nonlinear constraints. We employ an RB-EIM combination to treat the nonlinear constraint. Also, we build a reduced basis for the Lagrange multipliers via a hierarchical algorithm that preserves the non-negativity of the basis vectors. We apply this strategy to elastic frictionless contact for non-matching meshes.Finally, the third contribution focuses on model reduction with data assimilation. A dedicated method has been introduced in the literature so as to combine numerical models with experimental measurements. We extend the method to a time-dependent framework using a POD-greedy algorithm in order to build accurate reduced spaces for all the time steps. Besides, we devise a new algorithm that produces better reduced spaces while minimizing the number of measurements required for the final reduced problem.; Cette thèse propose trois nouveaux développements de la méthode des bases réduites (RB) et de la méthode d'interpolation empirique (EIM) pour des problèmes non-linéaires. La première contribution est une nouvelle méthodologie, la méthode progressive RB-EIM (PREIM) dont l'objectif est de réduire le coût de la phase de construction du modèle réduit tout en maintenant une bonne approximation RB finale. L'idée est d'enrichir progressivement l'approximation EIM et l'espace RB, contrairement à l'approche standard o\`u leurs constructions sont disjointes.La deuxième contribution concerne la RB pour les inéquations variationnelles avec contraintes non-linéaires. Nous proposons une combinaison RB-EIM pour traiter la contrainte. En outre, nous construisons une base réduite pour les multiplicateurs de Lagrange via un algorithme hiérarchique qui conserve la positivité des vecteurs cette base. Nous appliquons cette stratégie aux problèmes de contact élastique sans frottement pour les maillages non-coïncidents. Ce type de maillages induit une non-linéarité de discrétisation et son traitement est délicat.La troisième contribution concerne la réduction de modèles avec assimilation de données. Une méthode dédiée a été introduite dans la littérature pour combiner un modèle numérique avec des mesures expérimentales. Nous élargissons son cadre d'application aux problèmes instationnaires en exploitant la méthode POD-greedy afin de construire des espaces réduits pour tout le transitoire temporel.

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During a reactivity insertion accident, the temperature and the pressure rapidly increase inside the rod and can lead to the rupture of the clad and the ejection of fuel toward the coolant. Since the fuel could be finely fragmented, the thermal interaction between fuel and coolant (FCI) could create a pressure wave as well as a large vapor volume. Safety-related consequences of the FCI may be related to both phenomena. Past experimental studies concerning such a RIA related FCI are in-pile experiments in thermal hydraulics conditions that differ from PWR conditions. Therefore validation of a simulation tool from these data and extrapolation to reactors conditions is subject to uncertainties. This experimental study is devoted to the violent thermal interaction between a hot material and a fluid. An experimental bench has been designed. It is mainly a cylindrical tube, where the interaction takes place, connected to a larger vessel as a compressibility tank. To reduce the required level of energy as well as temperature and pressure conditions, liquid carbon dioxide has been chosen to simulate water in PWR conditions. Respect of thermodynamics similarity criteria allows to lower pressure by a factor 3 and energy per unit mass fluid by a factor 5. To produce the energy pulse, a tungsten wire is heated by Joule effect from the discharge of a 27 mF capacity. Design of the tank allows for a relatively long mechanical relaxation of the coolant with regards to the heat transfer kinetics. The pressure wave is recorded thanks to four dynamic pressure sensors along the tube. Two dual tip fiber optical probes allow characterizing the kinetics of vapor formation near the wire. The data acquisition system operates with a required frequency of the MHz range. This test bench allows to record the local behavior of the fluid such as the pressurization of the liquid. A very clear pressure wave have been recorded just after weak energy pulse around 0.2 kJ. The influence of some major parameters on these quantities have been studied. For example, the liquid level in the tank is increased between two tests up to be totally fu ll, so, the influence of the compressibility is highlighted. Also, three different wire diameters have been used to modify the heat transfer kinetics. Finally, several intensities of the energy pulse have been considered. All these studies help to improve the understanding on the thermal interaction potentially involved in the nuclear reactor safety context., Un accident d’insertion de réactivité (RIA) dans un cœur nucléaire pourrait provoquer la rupture d’une gaine et l’éjection d’une fine poudre de combustible chaud dans le caloporteur. La réponse du fluide peut être violente. L’étude de cette interaction (Fuel/Coolant Interaction FCI) est importante pour la sûreté nucléaire. Plusieurs études et expériences ont été menées avec de l’eau ou du sodium ou sont prévues dans le cadre des essais intégraux du programme international dans le réacteur CABRI. Cependant, les conditions complexes ne permettent pas la mesure des grandeurs locales nécessaires à l’étude de la dynamique de vaporisation. En effet, effectuer des expériences de vaporisation violente avec de l’eau requiert beaucoup d’énergie et des équipements résistant aux hautes pressions, notamment pour reproduire les conditions de fonctionnement d’une centrale nucléaire de type REP. Il est ainsi intéressant d’utiliser un autre fluide, tel que le dioxyde de carbone, dont les propriétés thermodynamiques (pression critique, enthalpie de vaporisation...) réduisent ces contraintes. Néanmoins, afin de pouvoir comparer et utiliser les observations de l’expérience, il est indispensable d’établir et de vérifier des lois de similitudes entre les deux fluides. L’étude de ces similarités entre l’eau et le dioxyde de carbone a établi qu’en conservant la pression réduite ainsi que le titre thermodynamique, on obtient des rendements similaires pour la conversion de l’énergie thermique en travail avec des énergies mises en jeu divisées par cinq. Ceci a permis d’envisager la conception et la réalisation d’un banc d’essais pour provoquer l’interaction thermique violente au sein d’un fluide. Afin de reproduire la cinétique de l’interaction, la géométrie du système a été adaptée. L’impulsion d’énergie au sein du fluide est générée à l’aide d’un filament de tungstène subissant la décharge d’une batterie de condensateurs à l’extrémité basse d’un cylindre. Au-dessus de ce cylindre, un réservoir de grand volume offre une source de compressibilité. L’enceinte contenant le CO2 liquide aux conditions thermodynamiques adaptables est instrumentée à l’aide de capteurs de pression le long du tube et des sondes optiques pour repérer la phase vapeur. Ce banc expérimental a permis d’acquérir des observations locales de la réaction telle que la montée en pression du liquide. Un pic de pression franc a été observé pour des impulsions d’énergie relativement faible, de l’ordre de 0,2 kJ. Plusieurs études sur les paramètres d’influences ont été menées. Notamment, l’influence de l’énergie, du diamètre du fil et du sous-refroidissement.

This thesis introduces three new developments of the reduced basis method (RB) and the empirical interpolation method (EIM) for nonlinear problems. The first contribution is a new methodology, the Progressive RB-EIM (PREIM) which aims at reducing the cost of the phase during which the reduced model is constructed without compromising the accuracy of the final RB approximation. The idea is to gradually enrich the EIM approximation and the RB space, in contrast to the standard approach where both constructions are separate. The second contribution is related to the RB for variational inequalities with nonlinear constraints. We employ an RB-EIM combination to treat the nonlinear constraint. Also, we build a reduced basis for the Lagrange multipliers via a hierarchical algorithm that preserves the non-negativity of the basis vectors. We apply this strategy to elastic frictionless contact for non-matching meshes.Finally, the third contribution focuses on model reduction with data assimilation. A dedicated method has been introduced in the literature so as to combine numerical models with experimental measurements. We extend the method to a time-dependent framework using a POD-greedy algorithm in order to build accurate reduced spaces for all the time steps. Besides, we devise a new algorithm that produces better reduced spaces while minimizing the number of measurements required for the final reduced problem., Cette thèse propose trois nouveaux développements de la méthode des bases réduites (RB) et de la méthode d'interpolation empirique (EIM) pour des problèmes non-linéaires. La première contribution est une nouvelle méthodologie, la méthode progressive RB-EIM (PREIM) dont l'objectif est de réduire le coût de la phase de construction du modèle réduit tout en maintenant une bonne approximation RB finale. L'idée est d'enrichir progressivement l'approximation EIM et l'espace RB, contrairement à l'approche standard o\`u leurs constructions sont disjointes.La deuxième contribution concerne la RB pour les inéquations variationnelles avec contraintes non-linéaires. Nous proposons une combinaison RB-EIM pour traiter la contrainte. En outre, nous construisons une base réduite pour les multiplicateurs de Lagrange via un algorithme hiérarchique qui conserve la positivité des vecteurs cette base. Nous appliquons cette stratégie aux problèmes de contact élastique sans frottement pour les maillages non-coïncidents. Ce type de maillages induit une non-linéarité de discrétisation et son traitement est délicat.La troisième contribution concerne la réduction de modèles avec assimilation de données. Une méthode dédiée a été introduite dans la littérature pour combiner un modèle numérique avec des mesures expérimentales. Nous élargissons son cadre d'application aux problèmes instationnaires en exploitant la méthode POD-greedy afin de construire des espaces réduits pour tout le transitoire temporel.

The aim of this thesis, in collaboration with Saint-Gobain within the framework of a CIFRE funding, is the study of heat transfer at the interface between microscopic objects from which isolation materials are made. During this thesis we developed two new instruments, allowing to investigate the heat transfer between two microscopic glass objects. The first instrument is a scanning probe microscope using a thermosensitive probe (SThM probe) allowing to make a very local temperature measurement or to produce a local heating of a sample in contact with the probe. We used this probe in an unusual way, by gluing a 20µm diameter glass bead on its thermosensitive end, by placing it above a flat glass surface whose temperature is different from that of the bead, and by studying the temperature at the top of this bead as the distance bead-to-plan varies. The "approach curves" obtained in this way and a model using a thermoelectric analogy that we propose allow to give a first estimation of the thermal resistance of contact in a sphere-plane geometry. The second instrument is a new infrared thermography device. It is a contactless method which allows to produce images in the mid-infrared with a spatial resolution better than the diffraction limit, but also to carry out a dynamic measurement of the cooling of a system made of one or more micrometric glass fibers, after a short and local heating by absorption of a pulsed ultraviolet laser. Comparison of these curves recorded on a single fiber or on two crossing fibers makes it possible to obtain an information on the thermal resistance of contact at the crossing of the two fibers. A semi-analytical model that we developed allows us to reproduce these trends on a single fiber, while a perturbative approach exploiting the one-fiber model allows us to reproduce the spatiotemporal evolution of heat within a system of two fibers in contact.; L’objet de cette thèse, effectuée en collaboration avec Saint-Gobain dans le cadre d’un financement CIFRE, est l’étude du transfert thermique à l’interface entre les objets microscopiques constituant les matériaux isolants à base de verre. Nous avons développé deux instruments nouveaux, permettant d’investiguer le transfert thermique entre deux objets microscopiques en verre. Le premier instrument est une sonde locale à balayage utilisant une sonde thermosensible (sonde SThM) permettant d’effectuer une mesure très locale de la température d’un échantillon ou éventuellement de le chauffer lorsqu’elle est en contact avec celui-ci. Nous avons utilisé cette sonde de manière détournée, en collant une bille de verre de 20µm de diamètre à son extrémité, en la plaçant au-dessus d’une surface plane de verre, dont la température est différente de celle de la bille, et en étudiant la température au sommet de cette bille à mesure que la distance bille-plan varie. Les « courbes d’approche » ainsi obtenues et un modèle en résistances équivalentes que nous proposons permettent de donner une première estimation de la résistance thermique de contact dans une géométrie bille-plan. Le deuxième instrument est un dispositif nouveau de thermographie infrarouge. Il s’agit d’une méthode sans contact qui permet à la fois de produire des images dans le moyen infrarouge avec une résolution spatiale meilleure que ce que la limite de diffraction ne permet, mais aussi d’effectuer une mesure dynamique du refroidissement d’un système constitué d’une ou de plusieurs fibres de verre micrométriques(s) suite à un échauffement bref et local par absorption d’un laser ultraviolet impulsionnel. La comparaison de ces courbes de refroidissement enregistrées sur une fibre seule ou sur un croisement de fibres permet d’obtenir une information sur la résistance thermique de contact au croisement des deux fibres. Un modèle semi-analytique que nous avons développé permet de reproduire ces tendances sur une fibre seule. Nous avons également développé un modèle perturbatif exploitant le modèle à une fibre qui permet de reproduire l’évolution spatio-temporelle de la chaleur au sein d’un système de deux fibres en contact.

This thesis deals with the thermal and energy analysis of a geothermal ventilated fonudation. Similarly to earth-to-air heat exchangers (EAHE) this foundation enables, according to the season, to preheat or to cool down the air for the hygienic air change. Considering the energy consumption constraints and the buildings users thermal comfort desire, these systems appears to be relevant. The principle of this foundation is simple: to force the air to circulate in a hollowed beam buried into the ground (1 to 3m depth) so that it takes advantage - via convection - to the thermal inertia of the ground. The difference lays on the fact that the channel is not a plastic or aluminium pipe but it a part of the building structure, namely the reinforced concrete foundation. This induces a significant space gain, usually devoted to the pipe burying. From a thermal point of view, the foundation exchanges heat with both the soil beneath the building, and with the soil exposed to the weather thermal loads. Furthermore, the depth - imposed by structural and economical purposees - is lower than that of traditional EAHE. In addition to the fact that concrete is a porous material, the humidity content may strongly influence the thermal performance of the foundation. The current work thus proposes to study the complex thermal behaviour of this foundation in two ways. The first is experimental: an retirement home equipped with two foundation has been intensively instrumented and data recorded over more than one year. The other is numerical: two models validated against the experimental data have been developed. The first is intended to be a designing tool, the second a tool to allow a fine comprehension of the physical phenomenon and take into account coupled heat and moisture transfers., Cette thèse porte sur l’analyse thermique et énergétique d’une fondation géothermique ventilée. A l’instar des échangeurs air-sol classiques (EAHE), celle-ci permet de rafraichir ou préchauffer selon la saison l’air destiné au renouvellement sanitaire des bâtiments. Face aux contraintes de rationalisation des consommations et aux exigences de confort thermique croissantes, ces systèmes passifs apparaissent comme étant prometteurs. Le principe de cette fondation est simple et similaire à celui des EAHE : faire circuler de l’air dans une conduite enterrée dans le sol (un à trois mètres) pour qu’il bénéficie - via convection - de l’inertie thermique du sol. La différence réside dans le fait que le canal dans lequel circule l’air n’est pas un tube en PVC ou aluminium mais fait partie intégrante de la structure du bâtiment, à savoir la fondation en béton armé. Ceci présente comme avantage majeur le gain de place lié à l’espace requis pour l’enfouissement des tuyaux. D’un point de vue thermique, la fondation échange non seulement de la chaleur avec le sol exposé aux sollicitations météorologiques mais aussi, et simultanément, aux sollicitations venant du bâtiment. De plus, la profondeur de la fondation – imposée par des raisons structurelles et économiques – est moindre que pour un EAHE traditionnel. Additionné au fait que le béton est poreux, la présence d’humidité peut fortement influencer la performance thermique de la fondation. Le présent travail propose donc d’étudier le comportement thermique complexe de cette fondation par deux approches. La première est expérimentale : un EHPAD équipé de deux fondations a été lourdement instrumenté et des données ont été accumulées sur plus d’un an. L’autre est numérique : deux modèles validés par comparaison avec les données expérimentales ont été développés. Le premier a vocation d’outil de dimensionnement, l’autre de compréhension fine des phénomènes physiques et prends en compte les transferts couplés de chaleur et de masse.

Pre-impregnated thermoplastic composites are widely used in the aerospace industry for their excellent mechanical properties, impact resistance and fatigue strength all at lower density than other common materials. In recent years, the automotive industry has shown increasing interest in the manufacturing processes of thermoplastic-matrix composites materials, especially in thermoforming techniques for their rapid cycle times and the possible use of pre-existing equipment. An important step in the prediction of the mechanical properties and technical feasibility of parts with complex geometry is the use of modelling and numerical simulations of these forming processes which can also be capitalized to optimize manufacturing practices.This work offers an approach to the simulation of thermoplastic prepreg composites forming. The proposed model is based on convolution integrals defined under the principles of irreversible thermodynamics and within a hyperelastic framework. The simulation of thermoplastic prepreg forming is achieved by alternate thermal and mechanical analyses. The thermal properties are obtained from a mesoscopic analysis and a homogenization procedure. The comparison of the simulation with an experimental thermoforming of a part representative of automotive applications shows the efficiency of the approach., Les matériaux composites sont largement employés dans le domaine aérospatial grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, leur résistance aux chocs et à la fatigue, tout en restant plus légers que les matériaux conventionnels. Au cours des dernières années, l'industrie automobile a montré un intérêt croissant pour les procédés de fabrication et de transformation de matériaux composites à matrice thermoplastiques. Cela favorisé par le développement et l'optimisation des procèdes de mise en forme tels que le thermostampage, en vue de la réduction de temps de cycle. La modélisation et la simulation de ce procédé sont des étapes importantes pour la prédiction des propriétés mécaniques et de la faisabilité technique des pièces à géométrie complexe. Elles permettent d'optimiser les paramètres de fabrication et du procédé lui-même. À cette fin, ce travail propose une approche pour la simulation de la mise en forme des matériaux composites préimprégnés thermoplastiques. Un modèle viscohyperélastique avec une dépendance à la température a été proposé dans l'objectif de décrire le comportement du composite thermoplastique à l'état fondu. Et permets de faire des simulations de mise en forme à différentes températures. Au cours cette simulation, des calculs thermiques et mécaniques sont effectués de manière séquentielle afin d'actualiser les propriétés mécaniques avec l'évolution du champ température. L'identification des propriétés thermiques sont obtenues par homogénéisation à partir des analyses au niveau mésoscopique du matériau. La comparaison de la simulation avec le thermoformage expérimental d'une pièce représentative de l'industrie automobile analyse la pertinence de l'approche proposée.

Effusion cooling is frequently used to lower the thermal constraints of the combustion chambers in aeronautical gas turbines. It consists of injecting a cold air flow through submillimetric holes drilled in the combustor liners. The resolution of the flow in the near-wall regions in 3-D combustion chamber calculations is out of reach in terms of computational cost due to the presence of small scales. Models were proposed to reduce the computational cost in previous works. An adiabatic homogeneous model, to represent the aerodynamics around the plate, based on the resolved Large Eddy Simulation of an infinite perforated plate was proposed. It was later extended to model the aerothermal behavior of the flow, based on spatially resolved RANS calculations. The objectives of this work are to evaluate the homogeneous aerothermal predictions regarding the flux reparation and to propose a model to account for effusion cooling in industrial computations of the flow around the perforated plate. Large Eddy Simulations coupled with a thermal solver have been performed in order to get insight of the flow organization and the heat flux repartition around the plate. Two configurations at a representative aero engine operating point are studied: two channels separated by 12 converging rows with either perforations oriented in the main flow direction or with an angle of deviation. The data from the Large Eddy Simulations have been compared with the homogeneous model and a methodology is proposed to tackle the heat flux miscalculation due to the numerical implementation. This methodology is not limited to the homogeneous approach, it extends to other approaches such as an hybrid model presented in this work which represents enlarged holes based on the size of the cell relative to the hole diameter. The hybrid model switches from a homogeneous representation of the perforations to a heterogeneous representation and encouraging results are obtained for both configurations.; La multi-perforations est un système de refroidissement fréquemment utilisé pour réduire les contraintes thermiques auxquelles les parois de la chambre de combustion sont soumises. Le principe consiste à injecter de l’air froid à travers des milliers de perforations percées dans les parois. Les simulations numériques avec résolution de l’écoulement en proche paroi sont trop coûteuses en temps de calcul de part la présence de petites échelles venant des jets. Des modèles ont été proposés pour réduire le coût du calcul dans des travaux précédents. Un modèle homogène adiabatique représentant l’aérodynamique de l’écoulement autour de la plaque, basé sur la Simulation aux Grandes Echelles d’une plaque perforée infinie a été proposé. Il a ensuite été étendu pour modéliser le comportement aérothermique de l’écoulement autour de la plaque, à partir de calculs résolus des équations de Navier Stokes moyennées. Les objectifs de cette thèse sont d’une part d’évaluer la répartition des flux de chaleur autour de la plaque prédite par le modèle homogène et de proposer un modèle pour prendre en compte l’effet de la multi-perforations sur l’écoulement. Des simulations des Grandes Echelles ont été couplées avec un code résolvant l’équation de la chaleur afin d’acquérir une connaissance approfondie de la structure de l’écoulement et de la répartition des flux de chaleur autour de la plaque. Deux configurations, à un point de fonctionnement représentatif des conditions dans les chambres ont été étudiées: deux canaux communiquent via 12 rangées de trous coniques orientés dans le sens de l’écoulement ou présentant un angle de déviation. Les données générées par les Simulation des Grandes Echelles ont été comparées au modèle homogène et une méthodologie est proposée pour pallier la mauvaise estimation du flux de chaleur induite par l’implémentation numérique. Cette méthodologie peut être étendue pour d’autres approches que l’approche homogène comme le modèle hybride qui représente des trous épaissis en fonction de la résolution du maillage par rapport au diamètre du trou. Le modèle hybride alterne entre une représentation homogène et hétérogène des trous et les résultats obtenus avec cette approche sur les deux configurations sont très encourageants.

We used ultrafast time-resolved pump-probe spectroscopy to experimentally investigate the optical response of small metal nano-objects in the few nanometer range (< 2 nm), where a transition from a small solid behaviour to a molecular one is expected. The modification of the intrinsic thermalization processes (electron-electron and electron-phonon interactions) has been studied both on glass-embedded mass-selected silver samples and chemically synthesized ligand-stabilized atomic-defined gold clusters. Electron gas internal thermalization and cooling with the lattice are shown to be affected by size reduction and the concomitant discretization of electronic states. The acoustic response in the same small size range has been investigated. Vibrations of gold clusters were characterized by a quasi-breathing mode scaling with their size, in analogy with larger nanoparticles. The breathing mode of bimetallic core/shell Pt-Au and Ni-Ag nanospheres appeared to be in good quantitative agreement with predictions of continuous elastic models, despite the monoatomic thickness of the layer shell. The same time-resolved approach was used to investigate heat transfer through the nanoparticles interfaces. In this context, heat evacuation of bare or silica-encapsulated gold, Nous avons étudié par spectroscopie pompe-sonde résolue en temps la réponse optique ultrarapide d'agrégats de très petite taille (< 2 nm), pour lesquelles une transition d'un comportement de type solide à un comportement moléculaire est attendue. Les modifications des processus de thermalisation interne (interactions électrons-électrons et électrons phonons) avec la réduction de taille ont été étudiées dans des nanosphères d'argent triées en masse entourées de silice, et dans des échantillons d'or atomiquement définis stabilisées par des surfactants. Ces expériences ont mis en évidence les effets de confinement quantique des états électroniques sur la cinétique électronique. L'étude des vibrations acoustiques de nanoparticules dans le même régime de taille a été effectuée. Les vibrations observées dans les agrégats d'or sont dominées par leur mode de respiration radial avec une période proportionnelle à leur diamètre, an analogie avec les nanoparticules plus grandes. Le mode de respiration observé sur les nanoobjets bimétalliques de type cœur/couronne Pt-Au et Ni-Ag est en accord quantitatif avec les estimations du modèle élastique macroscopique, malgré une épaisseur de couronne monoatomique. La spectroscopie résolue en temps a également été utilisée pour étudier le transfert de chaleur à travers l'interface d'une nanoparticule sphérique. Dans ce but, l'évacuation de la chaleur dans des nanoparticules d'or, nues ou enrobées de silice, en solution colloïdale a été étudiée expérimentalement et modélisée de manière quantitative grâce à la prise en compte de la contribution de l'environnement (échauffement du solvant) au signal optique

This thesis takes part of the FUI project PAREX-IT (PARement EXtérieur pour l'Isolation Thermique). Its main purpose is to develop an efficient insulating coating from the outside, for refurbishment. More particularly, this work investigates the mechanical bond behaviour between this solution and its structural substrate. This thermal insulation is 4 cm thick and pneumatically placed. Considering a coated wall, solicited by wind or seismic loads, this configuration implies a load transfer from the structure to the insulating coating, through the interface between those two materials. The interfacial strength is though considered here as the critical area for a good sustainability of this complex. Meanwhile an equivalent study has been made on a more classical coating, by comparison. Two different scales have been studied. First, a local scale study to determine a failure criterion of this interface, which have been solicited in different states of stresses provoking its failure. However, the important differences of mechanical properties between the tested coatings and the mechanical support can, according to bibliography, provoke stress concentration. A numerical analysis has been conducted to quantify their influence on the parameters of the experimental criterion, for the two tested coatings. At a wall scale, a masonry submitted to shear loads was studied. The objective was to compare the behaviour between a coated wall and an uncoated one, considered as reference. In a second time, a numerical study was performed to confirm the criteria obtained at the local scale. Image correlation has been used to compare the experimental and numerical behaviours to facilitate modelling validation.; Les recherches effectuées au cours de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet FUI Parex-IT (PARement EXtérieur pour l'Isolation Thermique). Le but de ce projet est de développer un enduit d'isolation thermique par l'extérieur à fort pouvoir isolant pour la réhabilitation. Plus particulièrement, ces travaux concernent la caractérisation mécanique de l'accroche de cet enduit avec son support structurel. Celui-ci est appliqué par projection directe d'une couche de 4 cm d'épaisseur. En considérant un mur enduit, soumis à des sollicitations horizontales telles que le vent ou le séisme, ce type de mise en place implique une transmission d'efforts de la structure vers l'enduit isolant par l'interface entre les deux matériaux. La résistance de cette interface est donc considérée ici comme la zone critique pour une bonne pérennité du complexe. Parallèlement, une étude équivalente a été menée sur un enduit de finition classique, à titre comparatif. Deux échelles ont été prises en compte pour l'étude du comportement de cette interface. Une première à l'échelle locale dont l'objectif est de déterminer un critère de rupture de cette interface. Celle-ci a donc été soumise, expérimentalement, à différents états de contraintes entraînant sa rupture. Cependant, les différences importantes de propriétés mécaniques entre cet enduit et son support sont susceptibles, d'après la bibliographie, de provoquer des concentrations de contraintes du point de vue expérimental. Une analyse numérique a donc été réalisée afin de quantifier les écarts obtenus entre les critères expérimentaux et numériques, pour les deux matériaux testés. A l'échelle d'un mur, l'analyse s'est portée sur une maçonnerie soumise à des sollicitations de cisaillement dans son plan. L'objectif étant tout d'abord d'étudier le comportement d'un mur enduit, et de le comparer à une maçonnerie nue, de référence. Dans un deuxième temps, la pertinence des critères des interfaces support-enduits obtenus à l'échelle locale a été étudiée d'après une étude numérique. Les analyses par corrélation d'images numériques ont, de manière générale, permis de comparer les comportements expérimentaux et numériques pour faciliter la validation des modèles proposés.

The work presented in this thesis has been financed by AIRBUS Defence and Space. It is part of the development strategy of new Thermal Protection Systems (TPS) for atmospheric reentry purposes. The aim is to study the radiative transfer in the ablation zone of the TPS as well as the coupling of the radiative and conductive heat transfer in the low density fibrous matrix. To this end, radiative properties of the materials have to be evaluated since they are not well known. The first step of this study is therefore to characterize the optical and radiative properties of sample provided by AIRBUS Defence and Space and the CREE Stain-Gobain laboratory. Thus, an original identification method based on radiative emission measurement was developed to obtain the radiative properties. The needed emission spectra are measured on silica or carbon samples at high temperature with an experimental setup based on Fourrier Transformed InfraRed spectrometry. The samples are heated using a CO2 laser. An optical setup allows us to measure emission spectra on the sample or a black body used to calibrate the experiment. The identification process is based on the modeling of the radiative distribution factor computed by a Monte Carlo ray-tracing method. It uses Mie theory for infinite cylinder to compute the radiative properties. Temperature are also identified and, for silica, compared to the one measured by a Christiansen pyrometry technique. The last part of this study focuses on the coupled radiative/conductive heat transfer modeling in low density fibrous media. Samples being greatly absorbing, we used the Rosseland equivalent conductivity to model the radiative transfer in volume and obtain the thermal response of the samples in the conditions of the experimental setup used for the identification. For silica, predicted temperatures are superior to the identified ones or those measured with the Christiansen pyrometry technique. This is probably because the Rosseland equivalent conductivity makes no difference between extinction due to absorption and extinction due to scattering., Les travaux présentés dans cette thèse CIFRE financée par AIRBUS Defence & Space s’intègrent dans une problématique de développement de nouveaux Systèmes de Protection Thermique (TPS) pour l’entrée atmosphérique. Ils se focalisent sur l’étude du transfert radiatif dans la zone d’ablation du TPS et son couplage avec le transfert conductif au travers de la matrice fibreuse de faible densité. Pour réaliser cette étude, il a été nécessaire d’évaluer les propriétés thermiques de ces matériaux, notamment les propriétés radiatives qui, contrairement aux conductivités thermiques, demeurent mal connues. La première étape de cette étude a donc visé à caractériser les propriétés optiques et radiatives de certains matériaux fournis par AIRBUS Defence & Space et par le CREE Saint-Gobain. Pour réaliser ces caractérisations, nous avons développé une méthode originale d’identification des propriétés radiatives basée sur des mesures de l’émission propre. Les spectres d’émission à haute température, réalisés sur des échantillons en fibre de silice ou en feutre de carbone nécessaires à l’identification, sont obtenus sur un banc de spectrométrie FTIR développé lors de ces travaux. Les échantillons sont chauffés à haute température à l’aide d’un laser CO2 et un montage optique permet de choisir entre la mesure du flux émis par l’échantillon ou un corps noir servant à l’étalonnage du banc. L’identification des propriétés repose sur la modélisation des facteurs de distribution du rayonnement calculés à l’aide d’une méthode de lancé de rayons Monte Carlo utilisant la théorie de Mie pour un cylindre infini pour le calcul des propriétés radiatives. Les températures identifiées sont comparées aux températures mesurées par pyrométrie au point de Christiansen dans le cas de la silice et montrent un bon accord avec ces dernières. Enfin la dernière partie de ce document est consacrée au couplage conduction-rayonnement dans ce type de milieu. Les échantillons ayant une très forte extinction, le modèle utilisé repose sur la définition d’une conductivité équivalente de Rosseland pour traiter les transferts radiatifs volumiques et ainsi simuler les champs de température au sein des échantillons dans les conditions de chauffage utilisées lors de l’identification. Dans le cas de la silice, cependant, les températures prédites par le modèle utilisant la conductivité équivalente de Rosseland, sont nettement supérieures à celles obtenues par identification ou par pyrométrie au point de Christiansen. Le fait que la conductivité équivalente de Rosseland ne fasse pas la distinction entre une forte extinction due à la diffusion ou à l’absorption est probablement la cause de cette différence.

International audience; Thermal softening, or thermo-activated viscoelasticity, is involved in several industrial and/or traditional craftsmanship techniques processing of wood. More fundamentally, it represents a very useful probe of chemical differences and/or of physical histories of wood samples [1,2,3,4,5]. Thermal softening of wet (= water-saturated) wood occurs at much lower temperature than that of completely (anhydrous) dried wood [6,7]. Softening of oven-dry wood happens at temperatures above 150°C, a temperature level at which wood amorphous polymers start to degrade [3,8]. Therefore, the characterisation of wet wood is the unique method that allows thermal softening to be distinguished from thermal degradation.

This thesis takes part of the FUI project PAREX-IT (PARement EXtérieur pour l'Isolation Thermique). Its main purpose is to develop an efficient insulating coating from the outside, for refurbishment. More particularly, this work investigates the mechanical bond behaviour between this solution and its structural substrate. This thermal insulation is 4 cm thick and pneumatically placed. Considering a coated wall, solicited by wind or seismic loads, this configuration implies a load transfer from the structure to the insulating coating, through the interface between those two materials. The interfacial strength is though considered here as the critical area for a good sustainability of this complex. Meanwhile an equivalent study has been made on a more classical coating, by comparison. Two different scales have been studied. First, a local scale study to determine a failure criterion of this interface, which have been solicited in different states of stresses provoking its failure. However, the important differences of mechanical properties between the tested coatings and the mechanical support can, according to bibliography, provoke stress concentration. A numerical analysis has been conducted to quantify their influence on the parameters of the experimental criterion, for the two tested coatings. At a wall scale, a masonry submitted to shear loads was studied. The objective was to compare the behaviour between a coated wall and an uncoated one, considered as reference. In a second time, a numerical study was performed to confirm the criteria obtained at the local scale. Image correlation has been used to compare the experimental and numerical behaviours to facilitate modelling validation., Les recherches effectuées au cours de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet FUI Parex-IT (PARement EXtérieur pour l'Isolation Thermique). Le but de ce projet est de développer un enduit d'isolation thermique par l'extérieur à fort pouvoir isolant pour la réhabilitation. Plus particulièrement, ces travaux concernent la caractérisation mécanique de l'accroche de cet enduit avec son support structurel. Celui-ci est appliqué par projection directe d'une couche de 4 cm d'épaisseur. En considérant un mur enduit, soumis à des sollicitations horizontales telles que le vent ou le séisme, ce type de mise en place implique une transmission d'efforts de la structure vers l'enduit isolant par l'interface entre les deux matériaux. La résistance de cette interface est donc considérée ici comme la zone critique pour une bonne pérennité du complexe. Parallèlement, une étude équivalente a été menée sur un enduit de finition classique, à titre comparatif. Deux échelles ont été prises en compte pour l'étude du comportement de cette interface. Une première à l'échelle locale dont l'objectif est de déterminer un critère de rupture de cette interface. Celle-ci a donc été soumise, expérimentalement, à différents états de contraintes entraînant sa rupture. Cependant, les différences importantes de propriétés mécaniques entre cet enduit et son support sont susceptibles, d'après la bibliographie, de provoquer des concentrations de contraintes du point de vue expérimental. Une analyse numérique a donc été réalisée afin de quantifier les écarts obtenus entre les critères expérimentaux et numériques, pour les deux matériaux testés. A l'échelle d'un mur, l'analyse s'est portée sur une maçonnerie soumise à des sollicitations de cisaillement dans son plan. L'objectif étant tout d'abord d'étudier le comportement d'un mur enduit, et de le comparer à une maçonnerie nue, de référence. Dans un deuxième temps, la pertinence des critères des interfaces support-enduits obtenus à l'échelle locale a été étudiée d'après une étude numérique. Les analyses par corrélation d'images numériques ont, de manière générale, permis de comparer les comportements expérimentaux et numériques pour faciliter la validation des modèles proposés.

Non-premixed flame stabilization is still an important issue in combustion. Addressing this issue requires to evaluate the relative importance of aerodynamic, thermal and chemical phenomena involved in the stabilization mechanisms. This thesis develops to this end an experimental approach, with a particular focus on the influence of thermal boundary conditions, examining the role of heat transfer in a twofold analysis. At first, the attachment zone of a rim-stabilized jet-flame is investigated, by careful consideration of the coupling existing between the burner lip temperature and the flame attachment location relative to the burner. Several regions have been identified according to the flame leading edge behavior, which evolves from diffusive to propagative closer to the aerodynamic stability limits. Besides, by modifying the burner thermal properties, a change has been shown in the relative roles of thermal and chemical quenching of the flame by the burner wall, depending on the burner lip temperature. Secondly, the attention is directed to transitions between different combustion regimes, namely attached and lifted flames. In particular, beyond the stable state of an attached flame, its lifting process is investigated. Examining in which conditions destabilization of the flame occurs indeed appears to be an ideal opportunity to gain insight into the aerothermochemical coupling and equilibriums existing prior to lift-off. Thus, the lifting process has been shown to be modified by the reactant initial temperature, in close relationship with the change in occurrence of localized transitory extinction events of the reaction zone., La problématique de la stabilisation des flammes non-prémélangées reste primordiale. Il faut pour la résoudre déterminer l’importance relative des phénomènes aérodynamiques, thermiques et chimiques intervenant dans les mécanismes de stabilisation. La démarche expérimentale utilisée pour cela au cours de cette thèse porte une attention particulière sur l’influence des conditions aux limites thermiques, et comporte deux volets à travers lesquels le rôle des transferts thermiques est mis en exergue. D’abord, la zone d’attachement d’une flamme stabilisée derrière la lèvre du brûleur est examinée, en considérant les couplages entre le positionnement du bout de flamme à proximité du brûleur et la température de la lèvre. Différentes régions ont ainsi pu être identifiées selon le comportement du bout de flamme, qui évolue depuis une nature diffusive vers une nature propagative à l’approche des limites aérodynamiques de stabilité. Par ailleurs, une modification des propriétés thermiques du brûleur a permis de mettre en évidence une évolution, avec la température de la lèvre, du rôle relatif des modes de coincement thermique et chimique de la flamme par la paroi du brûleur. Ensuite, l’étude concerne non plus un état stabilisé de la flamme, mais les transitions entre les différents régimes de combustion, et plus particulièrement le décrochage d’une flamme attachée. L’examen des conditions conduisant à la déstabilisation de la flamme est un moyen d’apporter des éléments-clefs de compréhension quant aux couplages et aux équilibres aérothermochimiques prévalant préalablement au décrochage. Une évolution du processus de décrochage a ainsi été mise en avant avec l’augmentation de la température initiale des réactants, en lien avec l’évolution de phénomènes transitoires d’extinction locale de la zone de réaction.

Today, the control of energy consumption is a very important issue for the preservation of the natural resources. Besides transportation domain, substancial energetic gains exist in residential and office buildings. While low energy building is now a reality, the renovation is rarely put into practice. The objective of this thesis is to evaluate the potential energy savings resulting from the renovation of old buildings. In the core of this work are the problematics of the building system and of the household comfort. Based on this knowledge, we propose here a global control architecture of the building, which accomodates thermal and optical confort, and reduction of energy consumption. Specifically, we focus on automatic control and systemic approach, which enable, from modelling to control law synthesis, a global cooperation of all home automation equipments. Our approach is to design a hierarchical control architecture and simulate it in the case of an old building with central heating, lighting and interior Venetian blinds. The control architecture is designed from a systemic analysis of buildings. It is based on a hierarchical approach in order to adapt to user requirements and to different scales of spatial representation (from the building to the room). To experiment this control architecture, a physical multi-scale model of building was developed using a Bond-Graph approach. This model allows to estimate the optical and thermal behavior of the building separating the slow dynamics of the fast ones. The synthesis of actuators control laws was then performed after reducing the simulation model. It helped to implement two control laws : The first is expressed throughout the building by a predictive control of central heating system and considers the future behaviour of the outdoor temperature and solar radiative power. The second takes place at the rooms level as an optimal control of radiators, Venetian blinds and lighting to ensure the operative temperature and illumination desired by the occupants. The study of energy savings offered by the renovation of the control system helped to highlight the interest of the presented control architecture. The results showed that the implementation of predictive control on the central heating leads to reduce more than 20% of the energy consumption. Moreover, the optimal control in rooms increase thermal comfort around 20% and the visual comfort by 75%., A notre époque, la maîtrise des consommations énergétiques est un enjeu très important pour la préservation des ressources naturelles terrestres. Outre le domaine des transports, des gains énergétiques significatifs existent dans le domaine des bâtiments résidentiels ou tertiaires. Alors que la construction basse consommation est aujourd'hui une réalité, la rénovation n'est que très rarement mise en pratique. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'évaluer les gains énergétiques potentiels issus de la rénovation d'un bâtiment ancien pour être en cohérence avec son environnement et ses modes d'exploitation. Au coeur de ce travail se trouvent les problématiques du système bâtiment, et du confort des occupants. Au regard de ces connaissances, nous proposons une architecture globale de contrôle du bâtiment répondant à des missions de confort optique et thermique, et de réduction des consommations énergétiques. Pour cela nous nous appuyons sur l'approche systémique et l'Automatique qui permettent depuis la modélisation jusqu'à l'élaboration de lois de commande de faire coopérer toutes les installations domotiques. L'évaluation du contrôle est réalisée en simulation sur un bâtiment ancien équipé d'un chauffage central, de luminaires et de stores vénitiens intérieurs pilotés. L'architecture de contrôle présentée est issue d'une analyse systémique du bâtiment et se base sur une approche hiérarchique en adéquation avec les exigences des utilisateurs et les différentes échelles de représentation. Afin d'expérimenter cette architecture de contrôle, un modèle physique de bâtiment multi-échelle a été réalisé en utilisant une approche Bond-Graph et permet d'estimer le comportement optique et thermique du bâtiment en séparant les dynamiques lentes et rapides. La synthèse des lois de commande a ensuite été effectuée en réduisant ce modèle de simulation et a permis d'implémenter deux lois de commandes. La première s'exprime à l'échelle du bâtiment par une commande prédictive du chauffage central et considère l'évolution future de la température extérieure et de la puissance radiative solaire. La seconde prend place au niveau des pièces sous la forme d'une commande optimale des radiateurs, des stores et des luminaires afin d'assurer la température opérative moyenne et l'éclairement moyen souhaité par les occupants. L'étude des gains énergétiques offerts par la rénovation du système de contrôle a permis de mettre en valeur l'intérêt de l’architecture de contrôle présenté. Les résultats ont montré que l'implantation d'une commande prédictive sur le chauffage central permet de réduire de plus de 20% ses consommations énergétiques. Par ailleurs, le contrôle optimal dans les pièces offre un gain d'environ 20% sur le confort thermique et de 75% sur le confort optique.

Dissertação apresentada à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil O aumento crescente da população mundial como também do desenvolvimento económico dos países, tem originado pressões sobre o ambiente, designadamente no que concerne a ameaças das alterações climáticas que estão intimamente ligadas ao consumo de energia, cuja produção é maioritariamente feita a partir de combustíveis fósseis que no processo de transformação provoca libertação de gases de efeito de estufa com maior incidência de CO2. Por tudo isso, a União Europeia tem implementado um conjunto de Diretivas através das quais pretende simultaneamente reduzir a dependência energética e ainda acelerar o processo de descarbonização, que passa por medidas de eficiência energética nomeadamente no sector dos edifícios. Na verdade, a fraca eficiência dos edifícios é uma das principais causas que contribui para o consumo excessivo de energia. As janelas são um dos elementos por onde existem perdas de energia consideráveis, em especial perdas de calor na época de aquecimento (inverno) por outro lado também propiciam entradas de ar não controláveis e indesejáveis. Assim sendo, este trabalho é preconizado no estudo dos consumos energéticos em edifícios, tendo sido adotado um caso de estudo de uma moradia ainda e fase de projeto localizada no concelho da Maia, zona climática I2V1. O estudo incide na otimização dos vãos envidraçados através de aplicação de janelas com desempenhos energéticos diferentes, podendo-se assim analisar essas diferenças a nível energético no edifício. O estudo é realizado à luz da regulamentação da térmica de edifícios RCTTE, tendo-se recorrido aos programas de cálculo automático Cypeterm e Solterm. Finaliza-se este trabalho com a realização de uma análise económica das várias soluções de janelas que compreende este estudo, para perceber-se a rentabilidade e viabilidade ou não, do investimento face à poupança total do consumo de energia. Esta última análise possibilita saber a previsão do tempo de retorno do investimento que é indispensável no processo de tomada de decisão, da adoção ou não de uma solução de janela mais eficiente em detrimento de uma solução menos eficiente. The increase of the world population, as well as the country’s enconomic development, as originated pressures on the enviornment, namely in what concerns to the climate change threats that are deeply linked to the energy consumption, whose production is moslty made by fossile fuels that in the process of transformation causes the release of greenhouse gases with major incidence on CO2. With this, the European Union has implemented a set of Directives by which they want to both reduce the energetic dependecy and accelerate the descarbonization process, that needs energetical eficiency measures namely in the buildings sector. In fact, a weak energetical efficiency of buildings is one of the main causes to the excess of energetical consumption. The windows are one of the elements with the bigger energetical losses, specially heat losses on heating season (winter), on the other side they enable non controlable and unwanted air exchanges. Therefore, this work is focused on the study of energetical consumption in buildings, having been adopted a dwelling as study case, during project phase located in Maia county, with climatic zone I2-V1. The study focus on the optimization of the glass spans through the application of windows with different energetical performance, and so allow the analisys of their differences in the building. The study follows the thermical regulation for buildings RCCTE, using computer software like Cypeterm and Solterm. The work is concluded by making an economical analisys of the various windows solutions observed on the study, in order to understand its profitability and viability, of the investment compared to the total savings of energetical consumption. This last analisys allows to predict the turnaround time of the investment which is important in the decision process, by adopting or not a more efficient window for a least efficient.

Dissertação apresentada à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil Submitted by halves@ufp.pt (halves@ufp.pt) on 2013-11-26T12:37:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado _Ademar José Vicente Marcos_Vãos Envidraçados em Edificios de Habitação_Otimização, Eficiência Energetica e Análise Económica.pdf: 6259919 bytes, checksum: 595afe75d4e5d007b7977c1bb66f6391 (MD5) Made available in DSpace on 2013-11-26T12:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado _Ademar José Vicente Marcos_Vãos Envidraçados em Edificios de Habitação_Otimização, Eficiência Energetica e Análise Económica.pdf: 6259919 bytes, checksum: 595afe75d4e5d007b7977c1bb66f6391 (MD5) Previous issue date: 2013

Beauchêne Pierre (co-directeur); This study contributes to a better understanding of the main phenomena (healing and crystallisation) involved in the adhesion of semi-crystalline thermoplastic composites (PEEK or PPS carbon fibre reinforced composites). It can help optimizing the tow placement process. A new experimental welding device has been developed and allows to separate process parameters such as time, temperature and pressure, and to explore their effects on welded sample quality, as measured by the wedge test (DCB). Crystallization kinetics under the same processing conditions were investigated experimentally and then modeled. Polymer relaxation times characterized by rheology were used to evaluate healing kinetics. Finally, the evolution during the process of the temperature at interface was studied experimentally and modeled in order to explain the measured differences in adhesion energy.; Cette étude visait à améliorer la compréhension des principaux phénomènes (interdiffusion et cristallisation) impliqués dans l'adhésion de composites thermoplastiques semi-cristallins (PEEK ou PPS renforcés de fibres de carbone) et à optimiser le procédé d'empilement avec soudage et consolidation en continu. L'utilisation d'un nouveau dispositif expérimental de soudage a permis de découpler les paramètres du procédé (temps, température, pression), et d'explorer leurs effets sur la qualité des assemblages réalisés, évaluée par test de clivage en coin. Les cinétiques de cristallisation ont été déterminées expérimentalement, dans des conditions similaires aux essais de soudage, puis modélisées. Les temps de relaxation des polymères ont été caractérisés par rhéologie pour évaluer les cinétiques d'interdiffusion. Finalement, l'évolution de la température d'interface lors du procédé a été étudiée expérimentalement et modélisée pour expliquer les différences d'énergie d'adhésion mesurées.

This study contributes to a better understanding of the main phenomena (healing and crystallisation) involved in the adhesion of semi-crystalline thermoplastic composites (PEEK or PPS carbon fibre reinforced composites). It can help optimizing the tow placement process. A new experimental welding device has been developed and allows to separate process parameters such as time, temperature and pressure, and to explore their effects on welded sample quality, as measured by the wedge test (DCB). Crystallization kinetics under the same processing conditions were investigated experimentally and then modeled. Polymer relaxation times characterized by rheology were used to evaluate healing kinetics. Finally, the evolution during the process of the temperature at interface was studied experimentally and modeled in order to explain the measured differences in adhesion energy., Cette étude visait à améliorer la compréhension des principaux phénomènes (interdiffusion et cristallisation) impliqués dans l'adhésion de composites thermoplastiques semi-cristallins (PEEK ou PPS renforcés de fibres de carbone) et à optimiser le procédé d'empilement avec soudage et consolidation en continu. L'utilisation d'un nouveau dispositif expérimental de soudage a permis de découpler les paramètres du procédé (temps, température, pression), et d'explorer leurs effets sur la qualité des assemblages réalisés, évaluée par test de clivage en coin. Les cinétiques de cristallisation ont été déterminées expérimentalement, dans des conditions similaires aux essais de soudage, puis modélisées. Les temps de relaxation des polymères ont été caractérisés par rhéologie pour évaluer les cinétiques d'interdiffusion. Finalement, l'évolution de la température d'interface lors du procédé a été étudiée expérimentalement et modélisée pour expliquer les différences d'énergie d'adhésion mesurées.

This work aims at the physical and the numerical modelling of air motion and heat transport phenomena in subway stations. The study is based on an approach described by the unsteady three-dimensional Euler's equations completed by source terms. These equations are discretized with a finite volume method and solved by a SIMPLE algorithm coupled with a scheme as proposed by Van Leer. The spatial discretization is made by a cartesian grid. In order to take the relative motions of the coaches inside the station into account, a sliding grid method is implemented. To validate the model, calculations are compared to measurements of the flow generated by mixed convection in a rectangular open duct equipped with an heated plate in its central part. The study ends by some applications of the numerical code in the case of a typical Parisian subway station.; Ce travail porte sur la modélisation physique et numérique des écoulements d'air et des échanges de chaleur dans les stations de métro. L'étude se base sur une description des écoulements par les équations d'Euler tridimensionnelles instationnaires auxquelles sont ajoutés des termes source. Ces équations sont discrétisées par une formulation de volumes finis et résolues par un algorithme de type SIMPLE couplé à un schéma de Van Leer. La description de la géométrie du domaine de calcul est assurée par un maillage cartésien. Afin de prendre en compte le déplacement des rames dans la station, une technique de maillage glissant est élaborée. Le modèle est validé sur des écoulements générés par convection mixte dans un canal de section rectangulaire contenant une plaque chauffante dans sa partie centrale. L'étude se termine par quelques applications du code de calcul dans une station de métro type du métro parisien.

This work aims at the physical and the numerical modelling of air motion and heat transport phenomena in subway stations. The study is based on an approach described by the unsteady three-dimensional Euler's equations completed by source terms. These equations are discretized with a finite volume method and solved by a SIMPLE algorithm coupled with a scheme as proposed by Van Leer. The spatial discretization is made by a cartesian grid. In order to take the relative motions of the coaches inside the station into account, a sliding grid method is implemented. To validate the model, calculations are compared to measurements of the flow generated by mixed convection in a rectangular open duct equipped with an heated plate in its central part. The study ends by some applications of the numerical code in the case of a typical Parisian subway station., Ce travail porte sur la modélisation physique et numérique des écoulements d'air et des échanges de chaleur dans les stations de métro. L'étude se base sur une description des écoulements par les équations d'Euler tridimensionnelles instationnaires auxquelles sont ajoutés des termes source. Ces équations sont discrétisées par une formulation de volumes finis et résolues par un algorithme de type SIMPLE couplé à un schéma de Van Leer. La description de la géométrie du domaine de calcul est assurée par un maillage cartésien. Afin de prendre en compte le déplacement des rames dans la station, une technique de maillage glissant est élaborée. Le modèle est validé sur des écoulements générés par convection mixte dans un canal de section rectangulaire contenant une plaque chauffante dans sa partie centrale. L'étude se termine par quelques applications du code de calcul dans une station de métro type du métro parisien.

Not available, La reconfiguration consiste à gérer au mieux les transitions lorsqu'un incident se produit sur un processus. En particulier, lorsqu'un actionneur, une vanne par exemple, est défectueuse, c'est-à-dire en blocage dans une position ou en perte de puissance, il est nécessaire de maintenir certaines performances du procédé. Si matériellement , la gravité de l'incident empêche le système d'atteindre les performances initialement fixées, il est possible de définir des objectifs moins contraignants, on définit alors un fonctionnement dégradé de l'installation. Le problème qui se pose alors est de déterminer une stratégie de commande qui possède la propriété de limiter voir annihiler les effets d'un défaut sur les performances du système. Deux approches ont été étudiées: - une approche locale qui consiste à réajuster localement les gains de correction d'une loi de commande, - une approche globale, pour laquelle on cherche à répartir les efforts au niveau des différents points de consigne du processus. Les méthodes présentées ont été appliquées à un processus thermique qui a été modélisé au préalable.

International audience; In this contribution we extend the Taylor expansion method proposed previously by one of us and establish equivalent partial differential equations of DDH lattice Boltzmann scheme at an arbitrary order of accuracy. We derive formally the associated dynamical equations for classical thermal and linear fluid models in one to three space dimensions. We use this approach to adjust relaxation parameters in order to enforce fourth order accuracy for thermal model and diffusive relaxation modes of the Stokes problem. We apply the resulting scheme for numerical computation of associated eigenmodes and compare our results with analytical references.

This PhD work focuses on the thermal shock during the contact between a hot solid and colder fluid. Intense heat transfers from the solid to the liquid could generate strong mechanical response due to the expansion of the fluid and its vaporization. For nuclear power plants safety studies, such thermal shock could be encountered during the hypothetical release of fuel within coolant during a so-called reactivity induced accident. In this work the experimental and theoretical study of such thermal interaction is considered through a specific test section. This test section permits to transfer a high amount of energy (500 J) toward pressurized liquid carbon dioxide in a small amount of time (5 ms). The experiments performed revealed how pressure transients are related to the vapour creation and dynamics. Such transient has been modelled by a differential equation which compares the dynamics of the vapour growth and the dynamics of pressure increase in the vapour at constant volume. Following the first pressure transient, a massive generation of vapour has been observed, as well as a characteristic bubbly flow. A large number of experiments has been performed over a wide range of test conditions. These conditions allowed varying the energy deposited in the fluid and its properties that has been expressed thanks to three non-dimensionnal numbers. The intensity variations of the resulting thermal shock phenomena have been studied thanks to these non-dimensionnal numbers., Ce travail de thèse s’intéresse à la phénoménologie du choc thermique entre un corps solide chaud et un fluide pouvant s’évaporer. Pour des conditions d’intense transfert thermique, on observe des phénomènes mécaniques violents associés à des pics de pression et des mises en mouvement du fluide du fait de son expansion. Dans le cadre de l’étude de la sûreté nucléaire des réacteurs à eau pressurisée, ils pourraient résulter d’une hypothétique libération du combustible chaud hors du crayon lors d’un scénario d’accident de réactivité. Le travail considère l’étude expérimentale et théorique de ce type d’interaction à l’aide d’un banc d’essai permettant de déposer une quantité d’énergie importante dans du CO2 liquide pressurisé. On a ainsi pu relier la génération d’un pic de pression à la création de vapeur sur un élément chauffé très rapidement, phénomène qui a été modélisé à l’aide d’une équation faisant le bilan entre la dynamique de croissance de bulle et la dynamique d’accroissement de pression de ladite bulle à volume constant. Après le pic de pression, on observe une génération massive de vapeur et un écoulement à bulles. L’analyse de l’ensemble du transitoire a été menée sur une large gamme de conditions d’essai et les tendances de l’intensité des phénomènes ont été étudiées en fonction de nombres sans dimension traduisant l’évolution des propriétés du fluide et la quantité d’énergie déposée.