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Conception, réalisation et caractérisation d\u27un composant limiteur de courant en carbure de silicium et son intégration système
No full textL\u27expansion, des réseaux électriques en tous genres : distribution d\u27énergie, télécommunication, dans les secteurs tant industriel que domestique a fortement contribué à l\u27augmentation des risques d\u27apparition de défauts, tels qu\u27une surtension ou une surintensité. Cette multiplicité et complexité des réseaux électrique et le besoin de disposer de systèmes fiables et à haut rendement a favorisé le développement de dispositifs de protection, et plus particulièrement de la protection série. Du fait de la forte énergie apparaissant lors d\u27un court-circuit, plusieurs contraintes apparaissent pour la conception d\u27un composant limiteur de courant. La première concerne son aptitude à limiter et dissiper l\u27énergie du court-circuit, sous forme de chaleur. La deuxième contrainte est la capacité du composant (ou du système) à fonctionner sous haute tension, du fait des surtensions pouvant apparaître dans les installations électriques en cas de défaut. Ces deux contraintes, et les propriétés physiques du carbure de silicium, ont conduit à une étude de faisabilité d\u27un composant limiteur de courant en utilisant du SiC-4H, d\u27un calibre en courant de 32 A pour une tension nominale VN = 690 V. Une structure de type VJFET a été retenue, puis optimisée en tenant compte du cahier des charges, des particularités physiques du SiC et de la technologie de fabrication associée. Un premier lot de composant a été fabriqué, mettant en évidence la possibilité d\u27obtenir un composant limiteur de courant bidirectionnel en courant et en tension, fonctionnant pour des tensions maximale de l\u27ordre de 970V. Les divers résultats issus du premier lot de composants ont permis d\u27effectuer quelques ajustements pour la fabrication d\u27un deuxième lot de composants afin de valider la faisabilité d\u27un composant limiteur de courant, d\u27étudier la mise en parallèle massive de structures élémentaire pour atteindre les objectifs en courant et de s\u27intéresser également à la possibilité de l\u27intégration système du l
Etude expérimentale et numérique de modèle réduit bidimensionnel du creusement d\u27un tunnel. Développement d\u27une loi de comportement spécifique
No full textLe creusement d\u27un tunnel en zone urbanisée peut engendrer des dommages importants dans les structures et les immeubles riverains. Il est donc important de prévoir les déplacements et les déformations induites par le creusement d\u27ouvrages souterrains urbains dans l\u27ensemble du massif de sol. Ce travail de thèse constitue une contribution à l\u27étude expérimentale et numérique des mouvements de sol liés à la construction d\u27un tunnel peu profond dans un milieu pulvérulent, et notamment suivant les phases de déconfinement et de reconfinement correspondant aux différentes étapes de réalisation de l\u27ouvrage. Le dispositif expérimental utilisé est un modèle réduit bidimensionnel de tunnel. Le sol analogique est constitué de rouleaux métalliques de Taylor-Schneebeli. L\u27analyse des essais a été effectuée par imagerie numérique permettant de visualiser l\u27intégralité du champ de déplacements obtenue au cours des essais. L\u27incidence de divers paramètres est analysée et présentée : variation du diamètre du tunnel, profondeur du tunnel et poids de l\u27ouvrage. Afin de mieux comprendre et de pouvoir simuler numériquement les essais expérimentaux, une qualification précise du comportement du matériau constituant le sol a été réalisée. Un programme expérimental a été mis au point comportant des chargements simples (biaxial et oedométrique) sur des échantillons de rouleaux de Schneebeli à des niveaux de contraintes similaires à ceux rencontrés au sein du modèle réduit. Ces essais ont permis de déterminer la rhéologie du matériau utilisé. La partie expérimentale a permis de disposer d\u27une base de données afin de valider une loi de comportement développée au cours de cette étude. Du à la nature du sol utilisé, la loi est bidimensionnelle et combine à la fois un comportement élastoplastique et incrémental. La dernière étape de cette étude est une confrontation des résultats expérimentaux et des simulations numériques sur le modèle réduit du tunnel
Structuration des documents par l\u27exploitation de la dynamique du regard chez l\u27homme - Application aux documents web.
No full textLe document papier est un objet complexe et multiforme, porteur d\u27informations à plusieurs niveaux. Celui de la mise en page conditionne en grande partie la lisibilité du document. L\u27analyse et la compréhension de la mise en page se fait par l\u27intermédiaire de l\u27extraction des structures (physique, fonctionnelle, logique). Notre projet repose sur l\u27étude des possibilités d\u27extension de certains concepts et de certaines définitions aux sites web dans l\u27intention de les assimiler, d\u27un certain point de vue, à des documents ayant une structure porteuse d\u27informations. Partant du site web considéré comme un ensemble de pages et de liens hypertextes possédant une cohésion, nous montrons en quoi il s\u27apparente au document. Nous utilisons l\u27oculométrie (enregistrement du regard des utilisateurs face à un écran) dans un travail expérimental, d\u27abord sur des pages web identifiées à des documents numérisés, puis sur des documents web. Ce travail de thèse ouvre le champ des connaissances du traitement informatique des documents tels que nous les connaissons à de nouvelles approches. Le concept multidisciplinaire du document web alliant reconnaissance des formes, point de vue de l\u27utilisateur et lisibilité permet finalement d\u27intégrer le document web dans la classe des documents structurés
Étude du comportement de l\u27interface milieu granulaire et inclusion par une approche multi-échelle
No full textL\u27étude du comportement de cisaillement et d\u27interface est étudié à l\u27aide d\u27essais biaxiaux et de cisaillement annulaire simulés avec un code de calcul discret (PFC2D). L\u27objectif de ces essais est d\u27analyser l\u27influence des paramètres : a) du milieu granulaire : forme des particules, dispersion des tailles, loi de contact élastique linéaire ou non linéaire, frottement interparticulaireb) de l\u27inclusion : rugosité de surface et d\u27origine géométrique induite par la présence de motifs triangulaires. Les observations de ces études numériques sont introduites dans de approches d\u27homogénéisation, passage micro-macro, développées afin de décrire le comportement global à partir de considérations locales tenant compte de la forme, de la dispersion des diamètres des particules et de la géométrie de l\u27inclusion. Les résultats de ces approches théoriques, en terme de module d\u27Young, coefficient de Poisson et module de cisaillement, sont confrontés aux résultats des simulations discrète
Simulation de mouvements humains complexes et prédiction de l\u27inconfort associé : application à l\u27évaluation ergonomique du bouclage de la ceinture de sécurité
No full textLes modèles numériques de l\u27être humain permettent désormais la visualisation des interactions entre un opérateur et un environnement virtuel, et donc de prendre en compte des critères ergonomiques très tôt lors du processus de conception. Cependant, le manque de réalisme des mouvements générés, leur faible représentativité d\u27une population et la difficulté liée à la création de ces mouvements constituent un frein à leur utilisation dans le processus de conception. L\u27objectif de cette thèse est donc de proposer à un concepteur de simuler facilement des mouvements humains complexes, réalistes et représentatifs, ainsi que d\u27estimer et d\u27expliquer le niveau d\u27inconfort ressenti. Deux approches ont été proposées pour les modèles d\u27inconfort, basées sur des paramètres de conception ou biomécaniques. Pour la simulation de mouvement, l\u27approche proposée est basée sur des données ainsi que sur des connaissances formalisées dans un cadre général et intégrées au processus de simulation
Simulation numérique du soudage - acier 316l : validation sur cas tests de complexité croissante
No full textCe travail vise à la prédiction par simulation numérique des distorsions et contraintes résiduelles générées par une opération de soudage. Le cas particulier du soudage TIG sur acier 316L est considéré. Afin d\u27étudier de façon progressive les difficultés de modélisation qui doivent être pris en compte dans le cadre de la simulation numérique du soudage, une étude à la fois expérimentale et numérique est effectuée sur différents types d\u27essais de complexité croissante, allant d\u27un cas test uniaxial jusqu\u27à un cas test entièrement tridimensionnel. En premier lieu, des tests unidimensionnels sont effectués sur des spécimens pour lesquels les champs de température et de contraintes sont macroscopiquement homogènes dans la zone d\u27étude. Ce type de tests, très utile en vue de valider différentes lois de comportement, permet en outre l\u27étude du comportement thermomécanique de l\u27acier lorsque celui-ci est soumis à des cycles thermiques similaires à ceux qui interviennent dans la Zone Affectée Thermiquement lors d\u27une opération de soudage. Après quoi, des tests qui mettent en jeu des gradients de températures et de contraintes sont effectués sur des structures bi-dimensionnelles axi-symétriques, afin d\u27étudier les effets de structure et les problèmes liés à la présence d\u27une zone fondue. Enfin, un test plus représentatif d\u27une véritable opération de soudage, faisant intervenir une source de chaleur mobile, intègre les effets tridimensionnels. Des simulations numériques, conformes aux essais réalisés, sont réalisés en parallèle avec le logiciel d\u27éléments finis code_Aster (EDF). L\u27analyse comparative entre résultats expérimentaux et numériques pour chaque type de test permet de juger de l\u27aptitude du code de calcul utilisé à prédire distorsions et contraintes résiduelles, et des analyses paramétriques permettent d\u27étudier la sensibilité des résultats aux données matériau, à la loi de comportement utilisée, ou encore à la modélisation de l\u27apport de chaleur
Développement d\u27un modèle d\u27endommagement à taux de croissance contrôlé pour la simulation robuste de ruptures sous impacts
No full textLa simulation numérique fait aujourd\u27hui partie intégrante du processus de conception et de validation des pièces et structures développées dans le contexte industriel. Dans ce domaine, la description du phénomène de l\u27endommagement des métaux représente un nouveau défi. Celui-ci se heurte en effet à une difficulté majeure: la dépendance non maîtrisée des résultats au maillage connue sous le nom de localisation. Afin de résoudre ce problème, un modèle d\u27endommagement à taux de croissance limité, appelé également modèle d\u27endommagement à effet retard, a été développé. Des travaux récents ont montré ses aptitudes dans le cadre de la localisation en dynamique. Son usage dans des codes de dynamique rapide d\u27usage courant implique cependant de nouvelles problématiques auxquelles une réponse est proposée. Une formulation analytique donnant la longueur caractéristique de la zone complètement endommagée, ce qui permet de l\u27évaluer a priori et de choisir ainsi judicieusement le maillage, est d\u27abord présentée. Une étude de convergence originale du modèle est également présentée. Ce modèle permettra à l\u27avenir, en utilisant des techniques numériques ad hoc comme le remaillage ou la décomposition de domaines, de réduire considérablement les temps de calcul qui restent aujourd\u27hui prohibitifs. Deux protocoles d\u27identification à l\u27aide de résultats d\u27essais de type plaque/plaque sont par ailleurs mis en place. L\u27application de chacun de ces protocoles à un alliage d\u27aluminium d\u27une part et un alliage de titane d\u27autre part permet, pour la première fois, d\u27identifier les deux paramètres relatifs à l\u27effet retard. Enfin, et notamment grâce à l\u27implantation du modèle qui a été effectuée dans le code de dynamique rapide Europlexus, un certain nombre de simulations sont proposées, permettant d\u27appliquer et de valider les développements effectués
Décomposition Asymptotique et éléments finis
No full textCette thèse est consacrée à l\u27analyse numérique et à la simulation par éléments finis de problèmes de décomposition asymptotique. Il s\u27agit de problèmes d\u27équations aux dérivées partielles pour lesquels on a intégré une information de comportement des solutions sur une partie du domaine. Cette information est utilisée pour améliorer l\u27efficacité des méthodes numériques. Ceci engendre des fonctions de base globales (éléments finis) particulières : les fonctions de "super-éléments". On traite de cette manière un problème de perturbation singulière monodimensionnel et l\u27équation de Poisson %sur un domaine hybride en partie monodimensionnel, en partie bidimensionnel. On étudie aussi le couplage de %tels domaines hybride. Dans un premier et très court chapitre, nous introduisons la MAPDD, Méthode de Décomposition Asymptotique Partielle de Domaine. Dans un deuxième et troisième chapitre, on applique et justifie au moyen de développements asymptotiques cette méthodologie pour un problème de perturbation singulière monodimensionnel dont l\u27origine se situe en théorie des coques et pour l\u27équation de Poisson sur un domaine fin. On propose une méthode d\u27éléments finis efficace qui permet une grande économie de noeuds. Des estimations d\u27erreur optimales sont obtenues, de qualité équivalente à celles d\u27une méthode d\u27éléments finis classique. Dans un quatrième chapitre, on s\u27intéresse au couplage de problèmes en partie monodimensionnels et bidimensionnels pour l\u27exemple de l\u27équation de Poisson. On déconnecte les domaines et on les recolle via un multiplicateur de Lagrange dans un problème de point-selle. On obtient des estimations d\u27erreur pour l\u27approximation par éléments finis de ce problème. On montre que cette approche généralise la méthode d\u27éléments finis avec des super-éléments. Dans un cinquième chapitre, prospectif, on s\u27intéresse au traitement numérique de deux problèmes que l\u27on trouve dans la littérature. Un problème de joint-colle, et un problème de transport sous forme de moindre carré. On propose une modélisation 2D-1D
Contribution à la conception par la simulation en électronique de puissance : application à l\u27onduleur basse tension
No full textLélectronique de puissance prend une place croissante dans le domaine automobile, avec notamment lapparition de systèmes de motorisation mixte thermique-électrique (véhicules hybrides). Dans cette optique, les outils de conception des convertisseurs basse tension doivent être suffisamment précis pour réduire les phases de prototypage, mais également pour analyser la robustesse dun convertisseur face aux inévitables dispersions dune fabrication en grande série. Dans la première partie, nous proposons un modèle de MOSFET valide dans les différentes phases de fonctionnement rencontrées dans un onduleur (commutation du transistor, de sa diode interne, et fonctionnement en avalanche notamment). La nécessité de modélisation du câblage est ensuite démontrée, puis nous présentons la méthode de modélisation, reposant sur lutilisation du logiciel InCa. La seconde partie de cette thèse, qui repose principalement sur une démarche expérimentale, permet didentifier les paramètres du modèle de MOSFET puis de valider la modélisation complète du convertisseur vis-à-vis de mesures. Pour cela, nous avons choisi un critère de comparai-son très sensible aux erreurs de modélisation : le niveau de pertes du convertisseur. La mesure de ces pertes est effectuée par calorimétrie. Nous en concluons que la modélisation proposée atteint une précision satisfaisante pour pouvoir être exploitée dans une démarche de conception, ce qui fait lobjet de la dernière partie de cette thèse. La simulation est alors utilisée pour étudier linfluence du câblage et de la commande sur les pertes dun bras donduleur, puis pour étudier la répartition du courant entre transistors dun assemblage en parallèle en tenant compte de leurs dispersions de caractéristiques. Une telle étude ne pourrait que très difficilement être effectuée de façon expérimentale (elle nécessiterait la modification du circuit pour insérer les instruments de mesure), ce qui montre lintérêt de la conception assistée par ordinateur en tant quoutil danalyse
Dépollution des sols par venting et extraction sous pression réduite : étude expérimentale, modélisation et simulation numérique
No full textLe travail de cette thèse concerne l\u27étude expérimentale, la modélisation et la simulation numérique de la dépollution par venting et SVE des sols pollués par des hydrocarbures légers. Une première partie contient une étude bibliographique de l\u27interaction des polluants avec le sol, les applications industrielles de ces deux techniques et des techniques de modélisation du suivi de la dépollution. La deuxième partie est constituée de la présentation des montages et techniques opératoires utilisés pour le suivi de la dépollution sur des pilotes de laboratoire. La troisième partie présente les résultats obtenus sur des sols pollués par des composants de carburant automobile seuls ou en mélange avec des conditions opératoires (débit gazeux, pression d\u27extraction, temps de vieillissement de la pollution). L\u27accord entre l\u27expérience et la modélisation (chiffré par des facteurs de concordance) est bon ce qui permettra d\u27utiliser les techniques de calcul mises au point pour une optimisation des conditions de dépollution