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Maillage 3D de structures anatomiques pour la simulation électromagnétique et thermique
No full textDans son environnement quotidien, l\u27homme est volontairement ou involontairement exposé à des champs électromagnétiques radiofréquences. La prédiction de l\u27élévation de température induite par ce rayonnement, à l\u27aide d\u27un calcul sur un modèle anatomique maillé, dépend beaucoup de la qualité de ce modèle. Les méthodes actuelles de génération de maillages volumiques utilisent des représentations surfaciques intermédiaires des données anatomiques. Nous montrons qu\u27il n\u27est pas nécessaire d\u27avoir une représentation surfacique pour générer un maillage volumique. Nous proposons une construction de maillages tétraédriques basée sur les diagrammes de Voronoi centroïdaux et leur dual, la triangulation de Delaunay. Cette approche, contrairement aux approches de la littérature, traite directement un volume de voxels segmentés, obtenu par IRM ou par tomographie X, sans passer par une représentation surfacique. Afin d\u27obtenir des maillages, non plus uniformes mais adaptés à la complexité anatomique, nous avons proposé une nouvelle méthode de capture de cette complexité à l\u27aide d\u27une approximation de l\u27axe médian. Une comparaison, avec trois autres méthodes de génération de maillages de la littérature, montre que notre approche construit des tétraèdres de meilleure qualité géométrique pour différents critères. De cette qualité découle une meilleure précision sur la température induite par le rayonnement électromagnétique, calculée par une méthode d\u27éléments finis, ainsi qu\u27un temps de calcul réduit. Ces résultats montrent le potentiel de notre approche discrète de type " Voronoï-Delaunay " pour la génération de maillages tétraédriques
Propriétés optiques et modélisation des structures à base de boîtes quantiques pour l\u27émission à 1,3 micromètre
No full textDans ce travail, des structures à boîtes quantiques (BQs) InAs de faible densité émettant à 1,3µm sur substrat GaAs ont été réalisées par épitaxie par jets moléculaires. Les performances optoélectroniques des BQs ont été mesurées principalement par spectroscopie optique. L\u27étude d\u27une BQ unique par micro-photoluminescence a permis de mettre en évidence les raies d\u27émissions des excitons et biexcitons (antiliants) associés aux niveaux fondamentaux des boîtes. Certains spectres à raies multi-excitoniques enregistrés à très basse puissance d\u27excitation ont été attribués à des configurations excitoniques sous l\u27effet du couplage latéral entre deux BQs. Ces observations expérimentales ont été confirmées théoriquement par la résolution de l\u27équation de Schrödinger à trois dimensions dans l\u27approche de la combinaison linéaire des orbitales atomiques pour construire les états moléculaires. Enfin, les propriétés optiques des BQs isolées et couplées latéralement en présence d\u27un champ électrique ont été étudiées théoriquement, montrant l\u27importance de l\u27application d\u27un champ électrique pour contrôler l\u27état de charge dans une BQ unique et sur les différents états excitoniques dans une molécule de BQs pour les applications de traitement quantique de l\u27information
Étude et caractérisation par émission acoustique et mesures électrochimiques de la fragilisation par l\u27hydrogène des câbles de précontrainte. Application aux ouvrages d\u27art
No full textIl existe aujourd\u27hui un parc important d\u27ouvrages d\u27art vieillissants dont les possibilités de surveillance n\u27ont pas été prévues dès leur construction ce qui rend leur évaluation difficile. Concernant les ouvrages en béton précontraint, l\u27une de leurs principales causes de dégradation est la corrosion des câbles de précontrainte en général et leur fragilisation par l\u27hydrogène en particulier. Dans ce but, l\u27émission acoustique (EA) peut être une alternative pour l\u27inspection et le contrôle de ces ouvrages. L\u27objectif de ce travail est non seulement d\u27étudier le potentiel de l\u27EA à détecter l\u27endommagement des armatures de précontrainte provoqué par fragilisation par l\u27hydrogène, mais aussi d\u27examiner l\u27adaptation de cette technique d\u27auscultation aux exigences structurelles des ouvrages. En couplant le suivi acoustique à des mesures électrochimiques, la validation de cette technique est réalisée sur des structures de laboratoire à partir d\u27essais normalisés et accélérés dans un milieu de thiocyanate d\u27ammonium. Les résultats obtenus montrent que l\u27EA est performante pour l\u27étude mécanistique et le contrôle de ce mode de corrosion. Ensuite des essais pilotes sur des structures complexes permettent de se rapprocher d\u27une auscultation sur ouvrage et également de caractériser les limites de l\u27EA pour son application in situ
Modélisation et validation expérimentale de nouveaux concepts de ballons solaires à forte stratification
No full textL\u27eau chaude sanitaire (ECS) peut représenter jusqu\u27à 25% de la consommation énergétique d\u27un logement, voire devenir le premier poste de consommation dans un bâtiment basse consommation. Pour limiter cette part, l\u27énergie solaire apparaît comme une solution séduisante. Un stockage thermique, très souvent sous forme sensible, est alors essentiel pour faire le lien entre production et consommation. Dans un ballon solaire, la stratification thermique impacte fortement les performances du système. Différentes solutions technologiques sont ainsi mises en uvre pour favoriser la stratification ou en limiter sa dégradation. Cependant, les modèles numériques existants ne reproduisent pas de façon satisfaisante cette influence dans une simulation annuelle. Un modèle zonal en température et en pression est alors développé dans l\u27environnement TRNSYS. Les écoulements de faibles quantités de mouvement y sont décrits par une loi en pression dans les zones courantes tandis que les écoulements dominants sont prédits par des lois spécifiques. Du fait du caractère dynamique des situations rencontrées (jet imposé par le puisage, panache dû à la charge par l\u27appoint résistif ou dû à la charge indirecte par l\u27échangeur solaire,), une zone peut changer de nature au cours de la simulation. Le dispositif expérimental montre alors des couches du ballon à température non-uniforme, justifiant le découpage d\u27une couche en zones. Le modèle est finalement validé expérimentalement sur un ballon solaire
Méthode multigrille de raffinement automatique en espace à précision contrôlée pour la dynamique transitoire non linéaire
No full textCette thèse propose une stratégie de calcul éléments finis permettant de réduire la durée des simulations éléments finis nonlinéaires faisant intervenir des maillages de dimensions importantes. Outre la stratégie multigrille non-linéaire développée dans ce mémoire pour améliorer la vitesse de convergence du solveur itératif non-linéaire, on propose d\u27adapter le maillage demanière automatique afin de satisfaire une précision requise par l\u27utilisateur. Plus précisément, l\u27erreur de discrétisation est évaluée au moyen d\u27un indicateur d\u27erreur dédié à notre stratégie multigrille de calcul. Une stratégie de raffinement automatique est alors mise en place de manière à raffiner hiérarchiquement le maillage éléments finis dans les zones ou le calcul est trop imprécis. Un solveur multigrille localisé, dédié à la gestion des non-linéarités, est alors utilisé afin de déterminer la solution sur ce nouveau maillage. En appliquant cette stratégie de manière récursive, le maillage éléments finis quasi-optimal est construit de manière automatique à moindre coût. Qui plus est, le maillage étant remis en cause à chaque pas de temps, aucune stratégie de déraffinement n\u27est nécessaire ce qui permet de simplifier le transfert des informations entre les pas de temps. Cette stratégie permet de contrôler et de maîtriser la précision du calcul élément fini tout en réduisant de manière importante les temps de calcul. L\u27effort de calcul est concentré dans les zones les plus sollicitées de la structure à chaque instant. Des exemples académique permettant de valider le comportement de notre stratégie sont disponibles dans la dernière partie de ce manuscrit
Dynamique non linéaire des capteurs résonants M&NEMS : stratégies de conception et d\u27optimisation des performances
No full textAfin que les systèmes nano-électromécaniques (NEMS) tiennent leurs promesses et répondent aux attentes sociétales, un certain nombre de défis et verrous technologiques restent à lever. En particulier, leur stabilité en fréquence doit être améliorée. Le gain mécanique de transduction des NEMS a été analysé avec grand intérêt mais la sensibilité a toujours été a priori limitée par lapparition des non-linéarités. En outre, la miniaturisation des structures descend les seuils dapparition des non-linéarités, réduit donc la gamme dynamique et complique la détection. La thèse reconsidère la limitation de détection des NEMS. Le comportement de NEMS résonants en grands déplacements est analysé en déployant les techniques de la dynamique non linéaire. Tout dabord il est établi un état de lart de certaines catégories de capteurs. Suit une présentation des problèmes de conception des capteurs résonants puis des sources de non linéarités. Létat de lart des méthodes non linéaires permet de dégager une stratégie de modélisation des capteurs résonants M&NEMS. Les expressions analytiques des amplitudes critiques sont données pour plusieurs dispositifs et limportance des non-linéarités dordre cinq a été démontrée par lidentification du comportement non linéaire mixte. Enfin la thèse préconise plusieurs règles de conception analytique afin doptimiser la gamme dynamique des résonateurs NEMS et la limite de détection des capteurs résonant M&NEMS. Pour cela il sagit de supprimer tout phénomène dhystérésis par lannulation des non-linéarités dordre trois, de retarder le comportement mixte et le pull-in (collage du résonateur sur lélectrode) en déclenchant des résonances super harmoniques et des résonances simultanées garantissant le comportement linéaire du résonateur au delà de lamplitude critique. La validation expérimentale des modèles a été effectuée sur des capteurs inertiels MEMS et M&NEMS à transduction capacitive résonante ainsi que sur des nano capteurs de gaz et de masse à transduction capacitive avec co-intégration CMOS et piézorésistive
Privacy preserving reputation systems for decentralized environments
No full textIl a été observé que les utilisateurs d\u27un système de réputation hésitent souvent à fournir un feedback négatif en raison de la crainte de représailles. Une solution à ce problème est la mise en uvre de systèmes de réputation préservant la vie privée i.e., calculant la réputation de telle sorte que le feedback individuel de chaque utilisateur ne soit pas révélé. Dans cette thèse, nous présentons des protocoles de réputation préservant la vie privée qui sont décentralisés, ne nécessitent pas de plates-formes spécialisées ni de tiers de confiance, qui protègent la vie privée sous une gamme de modèles de sécurité (" semi-honest ", " non-disruptive malicious ", " disruptive malicious ") et sont plus efficaces que les protocoles comparables (le protocole le plus coûteux nécessite O(n) + O(log N) messages, où n est le nombre d\u27utilisateurs qui fournissent un feedback et N est le nombre total d\u27utilisateurs). Les techniques que nous utilisons comprennent la trust awareness, la perturbation des données, le partage de secret, les techniques de calcul sécurisé multi-parties, les cryptosystèmes additifs homomorphiques, et les preuves de " zéro-connaissance ".Enfin, nous examinons certains problèmes liés aux techniques de recommandation et de propagation de la confiance. Nous proposons une solution au problème de la subjectivité intrinsèque à la notion de confiance. Les résultats expérimentaux obtenus confirment la pertinence de la stratégie proposée
Full-scale experimental evaluation and modelling of a double-skin façade. Optimal control of thermal and visual comfort
No full textUne façade double-peau (FDP) est constituée de parois vitrées séparées par une lame d\u27air ventilée par deux ouvertures situées en partie basse et haute de la lame d\u27air et est équipée de protections solaires modulables. Sans une bonne compréhension de la façon dont les FDP fonctionnent, l\u27appréciation des interactions entre la façade et les équipements du bâtiment est difficile à réaliser. Pour cela, une campagne expérimentale rigoureuse dans la cellule minibat a été réalisée, qui a permis l\u27évaluation précise du comportement thermique d\u27une pièce équipée d\u27une FDP. Cette campagne expérimentale a été complété par une partie de modélisation et validation théorique. Le développement d\u27une plateforme de simulation dédiée a servi ensuite pour la simulation des systèmes couplés et la construction des stratégie de contrôle
Etude des relations microstructure-propriétés de polymères semi-cristallins par la méthode "Essential Work of Fracture"
No full textCe mémoire a pour objectif détudier le comportement à rupture des films polymères semi-cristallins par la méthode "Essential Work of Fracture" (EWF). En utilisant cette méthode, les influences de la microstructure semi-cristalline et de la présence des plaquettes dargile sur les propriétés mécaniques sont discutées. Dans un premier temps, nous avons appliqué le protocole EWF à différents polymères semi-cristallins et étudié leffet de certains paramètres du test. Cette méthode est un bon test permettant de comparer la réponse en rupture de différents films polymère. Les essais EWF sont modélisés en appliquant le modèle de la zone cohésive dans des calculs par éléments finis. Ces calculs nous ont permis de préciser la signification physique du paramètre we. Le paramètre we correspond non seulement lénergie pour créer la nouvelle surface mais comprend aussi une part de déformation plastique qui intervient dans la zone de processus de rupture interne. Ensuite, la relation microstructure propriétés à rupture est étudié sur une série des films PET extrudés bi-étirés traités ou non traités. Le bi-étirage avec un premier étirage dans la direction Md (i.e. direction dextrusion) suivi par un étirage dans la direction Td (i.e. direction transversale dextrusion) provoque une texture fibrillaire dans laquelle les microfibrilles sont parallèles à la direction Td. Avec cette texture, les paramètres microstructuraux (lorientation de la phase cristalline, le taux de cristallinité, la présence et la densité des molécules liens entre phases amorphe et cristalline) sont discutés. Lorientation de la phase cristalline est responsable de lanisotropie du module alors que la densité des molécules liens joue un rôle important sur lanisotropie de rupture des films. Enfin, trois types de films nanocomposites avec des matrices polyamide 6 ou polyéthylène compatibilisé (par PEgMA ou PEgPEo) renforcées par des plaquettes dargile sont étudiés. Chacun des nanocomposites a une morphologie différente. Meilleure est lexfoliation, moins les performances à rupture des nanocomposites sont dégradées par lajout du renfort argile, car sa présence exige une dissipation élevée dénergie lors de la propagation des fissures en augmentant la tortuosité
Hygrothermique du bâtiment : expérimentation sur une maison à ossature bois en conditions climatiques naturelles et modélisation numérique
No full textLes maisons à ossature bois sont des structures particulièrement sensibles aux flux d\u27air et d\u27humidité. Des études récentes ont montré que de telles sollicitations peuvent dégrader la qualité et la durabilité d\u27un bâtiment. Après avoir décrit la physique des transferts couplés d\u27énergie et de masse, nous présentons le support expérimental de cette étude : une maison à ossature bois, de dimensions représentatives d\u27une construction réelle, qui a été construite sur une plateforme d\u27exposition en extérieur. Cette cellule expérimentale a été instrumentée afin d\u27étudier le comportement hygrothermique des parois et de la pièce principale. Les données météorologiques sont relevées sur le site même. Plusieurs configurations ont été étudiées dans le cadre de ces travaux : paroi avec et sans pare-vapeurclimat interne avec ou sans chauffage, humidification ou ventilation. Des mesures de perméabilité à l\u27air de la cellule ont également été effectuées. Enfin, une campagne de détermination des caractéristiques des matériaux employés a été lancée. En parallèle de cette expérimentation, un modèle numérique de la cellule a été développé, basé sur le modèle existant HAM-tools. Le modèle est utilisé sur plusieurs séquences expérimentales. L\u27étude de la validité du modèle s\u27est faite par étapes : d\u27abord la paroi seule, puis couplée avec la zone, enfin le modèle de bardage. Nous présentons les résultats de la comparaison entre les mesures et les simulations numériques, et discutons de la validité du modèle et des limites imposées par l\u27expérimentation. Cette étude a permis de mettre en évidence l\u27effet de sollicitations thermiques sur le comportement hygrique d\u27une paroi comportant un matériau hygroscopique, et montré la capacité du modèle développé à le décrire