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Résistance au flambement de panneaux CLT avec imperfections. Caractérisation expérimentale et critères de dimensionnement
No full textCross-laminated timber (CLT) is a panel made of several layers of wood lamellas. The orientation of the lamellas alternates by 90° from one layer to another. CLT is used in timber buildings, for example, as load-bearing walls. The buckling resistance of CLT panels must be verified while being designed. The standards governing timber construction were developed in the 1990s, when the use of CLT panels was still uncommon. Therefore, they do not specifically cover the use of CLT, but rather glued laminated timber (GLT) or solid wood. This is the case with Eurocode 5, which will be examined in this study. However, CLT has different structural properties from those of GLT or solid wood. Indeed, its crossed layers can be subjected to rolling shear. Since the rigidity of wood in rolling shear is much lower than its axial rigidity, CLT exhibits flexibility in shear. In addition to this shear flexibility, wood is a heterogeneous material with variable properties. Thus, it seems necessary to evaluate the quality of predictions of buckling strengths using failure criteria for CLT panels subjected to axial compression and moments.To this end, we present in this study the criteria found in the standards, explaining their assumptions. A nonlinear criterion taking into account second-order effects caused by all types of imperfections and moments is also presented. The aim of this study is to compare the buckling strengths predicted by these criteria with those obtained experimentally.To perform this comparison of criteria, we first determine the stiffness and strengths necessary to use the criteria, through experimental characterization. Two experimental four-point bending campaigns on panels of different dimensions, as well as an experimental compression campaign on small CLT samples were conducted for this purpose. Then, the buckling strengths of CLT panels are measured through two experimental buckling campaigns. Nineteen CLT panels were tested, with different heights and load eccentricities. These tests also allow for an experimental estimation of the critical buckling load, as well as a total eccentricity taking into account backlash in the experimental setup and imperfections. We observe a wide variability in the strengths obtained by the different criteria. The direct measurement of the critical load significantly reduces this variability, and the nonlinear criterion then appears to be the most relevant for predicting the buckling strengths of CLT panels.Le bois lamellé croisé (ou CLT) est un empilement de plusieurs couches constituées de lamelles de bois. L'orientation des lamelles alterne de 90° d'une couche à l'autre. Le CLT est utilisé dans la construction de bâtiments en bois, par exemple en murs porteurs. La tenue en flambement des panneaux de CLT doit donc faire l'objet d'une vérification lors de leur dimensionnement. Les normes régissant la construction en bois ont été développées dans les années 1990, alors que l'utilisation de panneaux de CLT était encore peu courante. Elles ne couvrent donc pas spécifiquement l'utilisation du CLT, mais plutôt du bois lamellé collé (GLT) ou du bois massif. C'est le cas de l'Eurocode 5 qui sera étudié dans ce travail. Le CLT a pourtant des propriétés structurelles différentes de celles du GLT ou du bois massif. En effet, ses couches croisées peuvent être sollicitées en cisaillement roulant. La rigidité du bois en cisaillement roulant étant très faible devant sa rigidité axiale, cela confère au CLT une souplesse en cisaillement. En plus de cette souplesse en cisaillement, le bois est un matériau hétérogène dont les propriétés sont variables. Il parait ainsi nécessaire d'évaluer la qualité des prédictions des résistances en flambement par les critères de rupture pour des panneaux de CLT soumis à une compression axiale et à des moments. Pour cela, nous présentons dans ce travail les critères présents dans les normes en explicitant leurs hypothèses. Un critère non-linéaire prenant en compte les effets de second ordre causés par tous les types d'imperfections et de moments est également présenté. L'objectif est de comparer les résistances en flambement prédites par ces critères avec celles obtenues expérimentalement. Pour effectuer cette comparaison des critères, nous déterminons d'abord les raideurs et résistances sur lesquelles ils se basent, au moyen d'essais de caractérisation. Deux campagnes expérimentales de flexion quatre-points sur des panneaux de dimensions différentes, ainsi qu'une campagne expérimentale de compression sur des petits échantillons de CLT ont été réalisées en ce sens. Ensuite, les résistances en flambement de panneaux de CLT sont mesurées au moyen de deux campagnes expérimentales de flambement. Dix-neuf panneaux de CLT ont ainsi été testés, présentant des hauteurs et des excentrements de charge différents. Ces essais permettent également de faire une estimation expérimentale de l'effort critique de flambement, ainsi que d'un excentrement total prenant en compte les jeux présents dans le dispositif expérimental et les imperfections. Nous observons une grande variabilité des résistances obtenues par les différents critères. La mesure directe de l'effort critique permet de réduire significativement cette variabilité, et le critère non-linéaire semble alors être le plus pertinent pour prédire les résistances en flambement des panneaux de CLT
Etude Théorique des Arcs Plasma Thermiques à Très Hautes Pressions dans la Perspective des Applications à la Pyrolyse des Hydrocarbures
No full textUsing low-carbon electricity, plasma technology offers a sustainable solution for energy and environmental challenges by providing a controllable, high-temperature energy source with no direct CO2 emissions. This thesis focuses on thermal arcs for hydrocarbon pyrolysis, co-producing hydrogen and carbon-black, with a focus on the impact of pressure on arc characteristics. On one hand, a life cycle assessment is conducted, showing carbon intensity up to ten times lower than gray hydrogen and comparable to electrolysis, but with significantly lower energy consumption. On the other hand, the research focuses on high-pressure arcs, highlighting their effects: increased voltage, reduced jet velocity, enhanced radiation dominance, and higher electrode erosion. Analytical and numerical models, such a Channel Arc Model and an MHD model, validated these findings, and a high-pressure plasma bench was designed for future experiments, showcasing the potential and challenges of high-pressure plasma systems in industrial decarbonization.En utilisant de l’électricité bas-carbone, la technologie plasma offre une solution durable aux défis énergétiques et environnementaux, en fournissant une source d’énergie à haute température, contrôlable et sans émissions directes de CO2. Cette thèse se concentre sur les arcs plasma thermiques pour la pyrolyse des hydrocarbures, co-produisant de l’hydrogène et du carbone noir, tout en étudiant l’impact de la pression sur les caractéristiques des arcs. D'une part, une analyse du cycle de vie a été réalisée, montrant une intensité carbone jusqu’à dix fois inférieure à celle de l’hydrogène gris et comparable à celle de l’électrolyse, mais avec une consommation d’énergie nettement inférieure. D'autre part, les recherches se concentrent sur les arcs en conditions de haute pression, mettant en évidence leurs effets : augmentation de la tension, réduction de la vitesse des jets, domination accrue du transfert radiatif et érosion accrue des électrodes. Des modèles analytiques et numériques, tels qu’un modèle d’arc canal et un modèle MHD, ont validé ces observations. Un banc plasma haute pression a également été conçu pour de futures expériences, démontrant le potentiel et les défis des systèmes plasma haute pression dans la décarbonation industrielle
Vers une approche intelligente pour la modélisation et la simulation du comportement des matériaux bio composites.
No full textBio-composites are innovations that represent a significant advancement in the field ofmaterials, particularly due to their ecological and mechanical benefits. With the currentchallenges of sustainability and performance, these materials emerge as a promising solution for environmentally friendly technologies. Despite notable progress through mathematical and numerical modeling methods, their behavior remains complex to predict, calling for more advanced approaches.In this thesis, we chose to explore the application of artificial intelligence, particularlyneural networks, to improve the modeling of the mechanical properties of bio-composites. The idea was to develop models capable of more accurately predicting the elastic characteristics of these materials, while reducing computation time and increasing the reliability of the results.Through numerical simulations, we validated these models, demonstrating their effectiveness compared to traditional prediction methods.By combining additive manufacturing and recycling two technologies that not onlyallow for the creation of customized parts but also reduce production waste by optimizing the distribution of natural fibers within the polymer matrix, thus enhancing mechanicalperformance this thesis opens new perspectives for the creation of high-performance and sustainable bio-composites. These two techniques offer flexibility and resource optimization that meet the current demands of industry, which is always in search of more environmentally friendly solutions. In conclusion, this research demonstrates that artificial intelligence, combined with these new manufacturing methods, can transform the way bio-composites are designed and used, offering sustainable solutions tailored to the needs of modern industriesLes bio-composites sont des innovations qui représentent une avancée importante dans le domaine des matériaux, notamment en raison de leurs avantages tant sur le plan écologique que mécanique. Avec les défis actuels de durabilité et de performance, ces matériaux apparaissent comme une réponse prometteuse pour les technologies respectueuses de l’environnement. Malgré des progrès notables grâce aux méthodes de modélisation mathématique et numérique, leur comportement reste complexe à prédire, ce qui appelle à des approches plus avancées.Dans cette thèse, nous avons choisi d’explorer l’application de l’intelligence artificielle,en particulier les réseaux de neurones, pour améliorer la modélisation des propriétés mécaniques des bio-composites. L’idée était de développer des modèles capables de prédire avec plus de précision les caractéristiques élastiques de ces matériaux, tout en réduisant le temps de calcul et en augmentant la fiabilité des résultats. À travers des simulations numériques, nous avons validé ces modèles, démontrant leur efficacité face aux méthodes traditionnelles de prédiction.En combinant la fabrication additive et le recyclage, deux technologies qui permettentnon seulement de créer des pièces sur mesure, mais aussi de réduire les déchets de production, en optimisant la répartition des fibres naturelles dans la matrice polymère, ce qui améliore les performances mécaniques, cette thèse ouvre de nouvelles perspectives pour la création de bio-composites à la fois performants et durables. Ces deux techniques offrent une flexibilité et une optimisation des ressources qui répondent aux exigences actuelles de l’industrie, toujours en quête de solutions plus respectueuses de l’environnement. En conclusion, cette recherche démontre que l’intelligence artificielle, associée à ces nouvelles méthodes de fabrication, peut transformer la manière dont les bio-composites sont conçus et utilisés, en offrant des solutions durables adaptées aux besoins des industries moderne
Les exercices de gestion de crise : une épreuve d’État? ou l’exercice de l’État à l’épreuve de la gestion de crise
No full textCrisis management exercises, inherited from the military sphere, are now common practice in civil society. In recent history, their number and visibility have increased considerably, in the context of the State's response to the 2015 terrorist attacks. Thus, they are one of the main ways in which crisis management organizations can prepare for events that threaten the population. To fulfill this mission, exercises are designed as the most possibly realistic crisis simulations, aiming both at training crisis management professionals and identifying weaknesses to be corrected in crisis management systems. However, when observing the exercises organized by the “Secrétariat Général de la Zone de Défense et de Sécurité of Paris” – a department of the Préfecture de Police, responsible for both law enforcement and civil security in the Paris metropolitan area – only partially verifies these objectives. To explain this apparent difficulty, we suggest considering the superposition of two missions assigned to exercises. The first, the official one, focuses on population protection. The second, latent but priority, is to protect the State, whose very legitimacy and identity - founded precisely on the protection of populations - are called into question by the occurrence of crises.Les exercices de gestion de crise, hérités du monde militaire, constituent une pratique aujourd’hui courante dans la société civile. Dans l’histoire récente, leur nombre et leur visibilité ont considérablement augmenté, dans le contexte de la réponse de l’État aux attentats de 2015. Ils constituent ainsi l’un des dispositifs principaux de préparation des organisations de gestion de crise face aux événements qui menacent les populations. Pour remplir cette mission, les exercices sont conçus comme des simulations de crise les plus réalistes possible, visant à la fois des objectifs de formation et d’identification des failles à corriger dans les dispositifs de gestion de crise. Toutefois, l’observation des exercices organisés par le Secrétariat Général de la Zone de Défense et de Sécurité de Paris - un service de la préfecture de Police – ne permet que de vérifier partiellement ces objectifs. Pour expliquer cette apparente difficulté, il convient d’envisager la superposition de deux missions assignées aux exercices. La première, officielle, est centrée sur la protection des populations. La seconde, latente mais prioritaire, consiste à protéger l’État, dont la légitimité et l’identité même – fondées justement sur la protection des populations - sont remises en question par la survenue des crises
Développement d'un modèle numérique de qualité de l'air multiéchelle pour le milieu urbain
No full textAir pollution represents a major environmental and health risk, particularly in urban areas, where many people live close to sources of pollution such as road traffic. The spatial distribution of traffic and specific street morphology strongly influence local concentration levels, with patterns where pollutants such as particulate matter and nitrogen dioxide (NO2) can accumulate due to limited dispersion. The atmospheric residence time of these pollutants also makes the contribution of more distant sources significant. As local concentrations are influenced by both background pollution and local sources, multi-scale modeling is necessary to better understand the complex exchanges of pollution in an urban environment. The numerical simulations carried out as part of this thesis integrate meteorological modelling with the WRF model, the estimation of regional concentrations using the 3D Eulerian chemistry-transport model CHIMERE, the assessment of local concentrations using the MUNICH street network model, and finally, the representation of secondary aerosol formation with the SSH-aerosol chemical module coupled to the MELCHIOR2 gas scheme. Accurate land-use data have proved crucial in meteorological simulations carried out in urban environments. Distinguishing between different types of urban area and a refined representation of urban density in the regional area studied enables appropriate modulation of anthropogenic heat fluxes. An increase in anthropogenic heat flux by a factor of 3 leads, on average, to a 19% reduction in nitrogen oxide (NOx) concentrations in streets. Two methods capable of estimating concentrations on a local scale were compared: MUNICH and the subgrid method integrated into CHIMERE. This method consists of a statistical approach capable of disaggregating emissions from various sectors, notably road traffic. To this end, simulations were carried out over the period February to March 2014. The pollutants studied included NOx, NO2 and fine particulates. The concentrations generated by the statistical method are not sufficiently accurate in areas with a high degree of urban heterogeneity. There is a concentration bias of up to 58% between the two approaches in these areas. MUNICH better integrates emission and morphological heterogeneities in these particular contexts. Street morphology, which is known to MUNICH unlike the subgrid method, turns out to be a less influential factor than emissions. CHIMERE has been dynamically coupled with MUNICH, in order to gain a deeper understanding of the exchange of pollution flows between local and regional levels, and to refine their representation. Compared with the sequential chaining used previously, this allows the influence of the local model on background concentrations. This coupling also avoids the double presence of emissions, which are used both in the regional model and in the local model, in the sequential case. Over a one-month simulation period (February 2014), estimates from the multi-scale coupled system compared with those from sequential chaining show very similar performance at the regional scale, with a very slight decrease in NOx, NO2 and PM2.5 concentrations. At the local scale, the dynamic coupling slightly improves the performance of NO2 concentrations, based on available measurements. While average NOx concentrations are equivalent at city level with both methods, there is an increase of around 5% in PM2.5 and NO concentrations, and a decrease of around 8.5% in NO2 in the case of the dynamic coupling compared with the sequential system.La pollution atmosphérique représente un risque environnemental et sanitaire majeur, notamment en milieu urbain, où de nombreuses personnes vivent à proximité de sources de pollution telles que le trafic routier. La distribution spatiale du trafic et la morphologie spécifique des rues influencent fortement les niveaux de concentration locaux, avec des configurations où les polluants tels que les particules et le dioxyde d'azote (NO2) peuvent s'accumuler en raison d'une dispersion limitée. Le temps de résidence atmosphérique de ces polluants rend également significative la contribution des sources plus éloignées. La concentration locale étant influencé à la fois par la pollution de fond et les sources locales, une modélisation à ces différentes échelles est nécessaire afin de comprendre au mieux les échanges complexes de pollution en milieu urbain. Les simulations numériques réalisées dans le cadre de cette thèse intègrent une modélisation météorologique avec le modèle WRF, l'estimation des concentrations régionales à l'aide du modèle de chimie-transport eulérien 3D CHIMERE, l'évaluation des concentrations locales par le biais du modèle de réseau de rue MUNICH, et enfin, la représentation de la formation des composés secondaires avec le module chimique SSH-aerosol couplé au schéma gazeux MELCHIOR2. La mise en place de données précises d'occupation des sols s'est avérée cruciale dans les simulations météorologiques effectuées en milieu urbain. La distinction de plusieurs types de tissus urbains et une représentation affinée de la densité urbaine dans le domaine régional étudié permet une modulation appropriée des flux de chaleur anthropique. Une augmentation du flux de chaleur anthropique par un facteur 3 entraîne en moyenne une diminution de 19% des concentrations d'oxydes d'azote (NOx) dans les rues. Deux méthodes capables d'estimer les concentrations à l'échelle locale ont été comparées : MUNICH et la méthode sous-maille intégrée à CHIMERE. Cette méthode consiste en une approche statistique capable de désagréger les émissions provenant de divers secteurs, notamment le trafic routier. Pour ce faire, des simulations ont été menées sur la période de février à mars 2014. Les polluants étudiés incluent les NOx, le NO2 et les particules fines. Les concentrations générées par la méthode statistique ne sont pas suffisamment précises sur les zones présentant une forte hétérogénéité urbaine. On note un biais de concentrations entre les deux approches pouvant atteindre 58% dans ces zones. MUNICH intègre mieux les hétérogénéités d'émissions et de morphologie dans ces contextes particuliers. La morphologie de la rue, information que connaît MUNICH contrairement à la méthode sous-maille, se révèle être un facteur moins influent que les émissions. Afin d'approfondir la compréhension des échanges de flux de pollution entre les niveaux local et régional et d'affiner leur représentation, CHIMERE a été couplé de manière dynamique avec MUNICH. Par rapport au chaînage séquentiel mise en oeuvre précédemment, cela permet d'intégrer une influence du modèle local sur les concentrations de fond. Ce couplage prévient également la double présence des émissions qui sont utilisées à la fois dans le modèle régional, et dans le modèle local, dans le cas séquentiel. Sur une période de simulation d'un mois (février 2014), les estimations du système couplé multi-échelle par rapport à celles du chaînage séquentiel montrent des performances très similaires à l'échelle régionale avec une très légère diminution des concentrations des NOx, NO2 et PM2,5. À l'échelle locale, le couplage améliore légèrement les performances des estimations de NO2, d'après les mesures disponibles. Tandis que les concentrations moyennes des NOx sont équivalentes à l'échelle de la ville avec les deux méthodes, on note une augmentation d'environ 5% des concentrations de PM2,5 et de NO, et une diminution d'environ 8,5% de NO2 dans le cas du couplage par rapport au système séquentiel
Auto-assemblage dynamique de bactéries dans des cristaux liquides
No full textDespite the importance of bacterial dynamics in anisotropic environments, such as intestinal mucus, many essential questions about their transport remain unresolved. Water-soluble liquid crystals have proven to be a model system for studying the influence of anisotropy on the swimming and space exploration behavior of microswimmers. Recent studies have shown that bacteria are forced to follow the nematic director, inhibiting their intrinsic run-and-tumble explorationdynamics.Before studying the complex dynamics of bacteria in liquid crystals, we focus on the swimming mechanisms of bacteria in viscous Newtonian fluids. Using 3D Lagrangian tracking and a direct visualization of flagella, we simultaneously measure the swimming velocity, and flagella and body rotation frequency of E. coli bacteria. These simultaneous measurements allow the validation of a minimal model of swimming bacteria, with the measurement of torque generated by a flagellabundle. Varying the viscosity of the Newtonian fluid induces a variation in swimming velocity; from this variation, we can extract flagellar motor characteristics. The visualization of flagella and the body simultaneously also enables the study of wobbling, the off-axis rotation of the body. We measure directly the angle between the body and the flagellar bundle and study its impact on velocity. These measurements are the first to characterize these dynamics under free-swimmingconditions.Liquid crystals enable new types of collective behavior, such as the spontaneous formation of self-propelled trains of bacteria, which we investigate here. Bacteria enforce a planar anchoring of the liquid crystals at their surface, creating a distortion that results in an elastic attraction between bacteria. This attraction competes with a hydrodynamic repulsion due to the pusher flow field generated by bacteria swimming. Experiments at different liquid crystal concentrations, thusat different elastic strengths, always show train formation demonstrating the dominance of elastic attraction over the hydrodynamic repulsion.Our study focuses on understanding the aggregation dynamics and velocities of these trains, revealing that velocity increases with chain length. The aggregation follows a new kind of dynamics, limited by the velocity of the bacteria. We propose a model and simulate this aggregation, studying the evolution of the chain length distrution and of the chain velocity for different lengths over time. Data of the swimming speed as a function of chain length are completed by direct observation of the flagella using the 3D Lagrangian tracking device. These observations reveal the formation of asuper-bundle, where flagella from all bacteria in the train bundle together enabling train propulsion.Finally, we investigate a new system in which bacteria are confined in liquid crystal droplets. The liquid crystal is constrained to form topological defects at the poles in such droplets. We show that bacteria are attracted by these defects and swim following the director at the droplet surface.These findings give insights into bacteria transport dynamics in complex anisotropic environments. It can serve as the basis for further studies of aggregation of self-propelled colloids, and the study of living liquid crystal in complex and curved geometries. This work also paves the way for applications in the control of active matter and cargo transport, for example in drug deleveries.Malgré l'importance de la dynamique bactérienne dans les environnements anisotropes, tels que le mucus intestinal, de nombreuses questions essentielles sur ce transport restent sans réponse. Les cristaux liquides solubles dans l'eau se sont révélés être un système modèle pour étudier l'influence de l'anisotropie sur le comportement de nage et d'exploration spatiale des micro-nageurs. Des études récentes ont montré que les bactéries sont forcées de suivre le directeur nématique, ce qui inhibe leur dynamique intrinsèque d'exploration en run-and-tumble.Avant d'étudier la dynamique complexe des bactéries dans les cristaux liquides, nous nous concentrons sur les mécanismes de nage des bactéries dans les fluides visqueux newtoniens. En utilisant un tracking lagrangien 3D et une visualisation directe des flagelles, nous mesurons, pour des bactéries E. coli simultanément la vitesse de nage, et la fréquence des flagelles et du corps. Ces mesures simultanées permettent de valider un modèle minimal de la nage des bactéries, avec la mesure du couple généré par un faisceau de flagelles. La variation de la viscosité du fluide newtonien induit une variation de la vitesse de nage ; de cette variation, nous pouvons extraire les caractéristiques du moteur flagellaire. La visualisation simultanée des flagelles et du corps permet également d'étudier le wobbling, la rotation désaxée du corps. Nous mesurons directement l'angle entre le corps et le faisceau flagellaire et étudions son impact sur la vitesse. Ces mesures sont les premières à caractériser cette dynamique dans des conditions de nage libre.Les cristaux liquides permettent de nouveaux types de comportements collectifs, tels que la formation spontanée de trains de bactéries autopropulsés, que nous étudions ici. Les bactéries imposent un ancrage planaire des cristaux liquides à leur surface, créant une distorsion qui entraîne une attraction élastique entre les bactéries. Cette attraction est en compétition avec une répulsion hydrodynamique due à l'écoulement de type pusher généré par la nage des bactéries. Dans des expériences à différentes concentrations de cristaux liquides, donc à différentes forces élastiques, on observe toujours la formation de trains démontrant la dominance de l'attraction élastique sur la répulsion hydrodynamique.Notre étude se concentre sur la compréhension de la dynamique d'agrégation et des vitesses de ces trains, révélant que la vitesse augmente avec la longueur de la chaîne. L'agrégation suit un nouveau type de dynamique limitée par la vitesse des bactéries. Nous proposons un modèle et simulons cette agrégation, en étudiant l'évolution de la distribution de la longueur de la chaîne et celle de la vitesse pour les différentes longueurs de chaîne au fil du temps. Les données sur la vitesse de nage en fonction de la longueur de la chaîne sont complétées par l'observation directe des flagelles à l'aide du dispositif lagrangien de tracking 3D. Ces observations révèlent la formation d'un super-faisceau, dans lequel les flagelles de toutes les bactéries du train s'agrègent, ce qui permet la propulsion de la chaine.Enfin, nous étudions un nouveau système dans lequel les bactéries sont confinées dans des gouttes de cristal liquide. Le cristal liquide est contraint de former des défauts topologiques aux pôles de ces gouttes. Nous montrons que les bactéries sont attirées par ces pôles et nagent en suivant le directeur à la surface des gouttelettes.Ces résultats donnent une idée de la dynamique du transport des bactéries dans des environnements complexes. Ils ouvrent de nouvelles études sur la nouvelle dynamique d'agrégation limitée par la nage. Et ils proposent aussi l'étude d'un nouveau système avec les gouttes de cristal liquide vivant.Ces travaux ouvrent également la voie à des applications dans le contrôle de la matière active et le transport de cargo, par exemple dans le domaine de la santé pour une libération ciblée de médicament
Trois essais sur les impacts du déploiement des énergies renouvelables
No full textThis thesis consists of three independent chapters examining the implications of deploying renewable energies. It explores how these energies contribute to reducing greenhouse gas emissions and how they can negatively affect local populations. The first two chapters focus on the environmental value of renewable energies, specifically the amount of CO2 emissions avoided by generating an additional megawatt-hour. The third chapter focuses on the NIMBYism phenomenon.Chapter 1 analyzes how the environmental value of renewables is altered by the integration of electricity markets. It shows that market integration increases emissions avoided in France due to Spanish wind energy but decreases more those avoided in Spain, thus reducing the overall environmental value. This result is attributed to a lesser substitution of coal in Spain and a greater substitution of gas in France, leading to a higher cost of CO2 reduction.Chapter 2 quantifies regional variations in the environmental value in the United States based on fuel and CO2 prices. It reveals that without a carbon price, renewables primarily replace gas, offering modest benefits. As the carbon price increases, coal becomes the marginal technology, enhancing the environmental value of renewables up to a threshold. Beyond this point, coal becomes uneconomical, and the environmental value decreases as gas becomes the marginal source again.Chapter 3 examines the impact of wind turbines on property prices in Germany, documenting the NIMBYism phenomenon. The results show a decrease in house prices, local tourism and building permits following the installation of new turbines. These effects are more pronounced for the first turbine. On the positive side, each installed wind turbine increases a municipality's local tax capacity through their contribution to local commercial tax income.Cette thèse est composée de trois chapitres indépendants portant sur les implications du déploiement des énergies renouvelables. Elle examine comment ces énergies contribuent à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et comment elles peuvent affecter négativement les populations locales. Les deux premiers chapitres se concentrent sur la valeur environnementale des énergies renouvelables, c'est-à-dire la quantité d'émissions de CO2 évitées par la génération d'un mégawatt-heure additionnel, et le Chapitre 3 sur le phénomène de NIMBYism.Le Chapitre 1 analyse comment la valeur environnementale des renouvelables est modifiée par l'intégration des marchés de l'électricité. Il montre que cette intégration augmente les émissions évitées en France grâce à l'éolien espagnol, mais diminue celles évitées en Espagne, réduisant ainsi la valeur environnementale globale. Ce résultat est dû à une substitution moindre du charbon en Espagne et à une plus grande substitution du gaz en France. Il en résulte un coût de la réduction de la tonne de CO2 supérieur.Le Chapitre 2 quantifie les variations régionales de la valeur environnementale aux États-Unis en fonction des prix des combustibles et du CO2. Il révèle que sans prix du carbone, les renouvelables remplacent principalement du gaz, offrant des bénéfices modestes. Avec un prix du carbone croissant, le charbon devient marginal, augmentant la valeur environnementale des renouvelables jusqu'à un seuil. Au-delà de celui-ci, le charbon devient non rentable, et la valeur environnementale diminue à mesure que le gaz redevient marginal.Le Chapitre 3 examine l'impact des éoliennes sur les prix immobiliers en Allemagne, documentant le phénomène NIMBY (opposition locale). Les résultats montrent une baisse des prix des maisons, du tourisme local et des permis de construire suite à l'installation de nouvelles turbines. Ces effets sont plus prononcés pour la première turbine. Sur le plan positif, chaque éolienne installée augmente la capacité fiscale locale d'une municipalité grâce à sa contribution aux revenus fiscaux commerciaux locaux
Alliages transformables à base de zirconium pour applications biomédicales
No full textZr-based materials have attracted considerable attention due to their unique combination of properties, including low magnetic susceptibility, good biocompatibility and exceptional corrosion resistance, which make them highly promising for a wide range of biomedical applications.This work focuses on developing advanced strain-transformable β metastable Zr-based alloys tailored for biomedical applications, through an extensive exploration of the relationship between microstructure and mechanical properties in binary Zr-Nb and ternary Zr-Nb-Sn systems. By introducing twinning-induced plasticity (TWIP) effect, these alloys exhibit superior strain-hardening rates that provide them a good ductility and enhanced mechanical performance.In this work, the first empirical Bo-Md diagram was constructed for the design of Zr-based alloys, allowing the prediction of deformation mechanisms that will be activated during plastic deformation based on the chemical composition. Also, a unique β' secondary phase has been identified in our alloys. Its impact on mechanical performance has been investigated, utilizing advanced characterization techniques such as in-situ synchrotron X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and electron backscatter diffraction. By combining these insights, the performance of various alloys can be tailored, ranging from high hardening rate and high ductility for stent implants to low modulus and high strength for orthopedic prostheses.As the first systematic work on the design of β metastable Zr-based alloy system, it reveals significant differences from the more extensively studied β metastable Ti-based systems. The Zr-based system, marked by more complex phase transformations and lattice stability, presents greater research challenges but also offers valuable insights into the deformation mechanisms of metastable BCC materials, paving the way for further advancements in this field.Les matériaux à base de zirconium ont suscité une attention considérable en raison de leur combinaison unique de propriétés, notamment une faible susceptibilité magnétique, une bonne biocompatibilité et une résistance exceptionnelle à la corrosion, les rendant très prometteurs pour une large gamme d'applications biomédicales.Ce travail se concentre sur le développement d'alliages β métastables à base de Zr, transformables sous contrainte, spécialement conçus pour des applications biomédicales, grâce à une exploration approfondie de la relation entre la microstructure et les propriétés mécaniques dans les systèmes binaire Zr-Nb et ternaire Zr-Nb-Sn. En introduisant le maclage mécanique comme mécanisme de déformation plastique (effet TWIP), ces alliages présentent des taux de consolidation supérieurs, leur conférant une bonne ductilité et de meilleures performances mécaniques.Comme outil d'aide à la conception des alliages à base de Zr, un diagramme empirique Bo-Md préliminaire a été d'abord élaboré, permettant de prédire les mécanismes de déformation qui seront activés lors de la déformation plastique à partir de la composition chimique. Par ailleurs, une phase secondaire unique β' a été identifiée dans nos alliages. Son impact sur les performances mécaniques a été étudié en utilisant des techniques de caractérisation avancées telles que la diffraction des rayons X synchrotron in situ, la microscopie électronique en transmission et la diffraction des électrons rétrodiffusés.Grace à ces résultats, les performances des alliages peuvent être ajustées en jouant sur la composition chimique, permettant ainsi d'allier un taux de durcissement élevé à une grande ductilité pour la fabrication de stents, ou bien allier un module faible à une résistance élevée pour les prothèses orthopédiques.En tant que première étude systématique sur la conception d'alliages β métastables à base de Zr, elle révèle des différences significatives par rapport aux systèmes β métastables à base de Ti plus largement étudiés. Le système à base de Zr, marqué par des transformations de phases et une stabilité du réseau cristallin plus complexes, présente des défis de recherche plus importants mais offre également des perspectives précieuses sur les mécanismes de déformation des matériaux métastables à structure cubique centrée, ouvrant la voie à de nouvelles avancées dans ce domaine
Stratégies de correction de flux pour des approximations en éléments finis continus des équations d'Euler compressible sur maillages non structurés
No full textThis thesis aims to establish a digital framework for addressing industrial issues related to compressible flow. These flows, characterized by significant variations in density and pressure, pose challenges for modeling and numerical simulation due to the formation of shocks and other discontinuities. In this framework, it becomes imperative to develop new digital tools capable of accurately capturing these complex phenomena. This initiative responds to the need to develop new numerical solvers to enrich the range of methods currently employed within our team. These solvers will be designed to solve both scalar conservation laws and inviscid Euler equations, which describe the behaviors of compressible fluids.The flux correction method for finite elements emerges as a promising approach to overcome these challenges. By first focusing on satisfying physical properties through numerical solutions, notably the conservation of physical quantities such as mass, energy, and entropy, this method ensures a coherent representation of physical phenomena. Once this step is accomplished, it then seeks to optimize the accuracy of results by minimizing numerical errors.Cette thèse vise à établir un cadre numérique pour aborder des problématiques industrielles liées aux écoulements compressibles. Ces écoulements, caractérisés par des variations significatives de densité et de pression, posent des défis de modélisation et de simulation numérique en raison de la formation de chocs et d'autres discontinuités. Dans ce cadre, il devient impératif de développer de nouveaux outils numériques capables de capturer avec précision ces phénomènes complexes. Cette initiative répond à la nécessité de développer de nouveaux solveurs numériques afin d'enrichir la gamme des méthodes actuellement employées au sein de notre équipe. Ces solveurs seront conçus pour résoudre à la fois les lois de conservation scalaires et les équations d'Euler non visqueuses, qui décrivent les comportements des fluides compressibles.La méthode de correction de flux pour les éléments finis se présente comme une approche prometteuse pour surmonter ces défis. En se concentrant d'abord sur la satisfaction des propriétés physiques par la solution numérique, notamment la conservation des grandeurs physiques telles que la masse, l'énergie et l'entropie, cette méthode garantit une représentation cohérente des phénomènes physiques. Une fois cette étape accomplie, elle cherche ensuite à optimiser la précision des résultats en minimisant les erreurs numériques
Nanophotonique thermochromique pour le contrôle de l'émission thermique
No full textIn this thesis, we propose innovative solutions for thermal management using vanadium dioxide (VO₂), a material with a metal-insulator transition (MIT), to design multilayer coatings whose radiative properties are fully controlled by temperature, without requiring any external energy input.After studying the validity of Kirchhoff's law to predict the thermal emission of anisothermal structures, we propose an innovative design for a VO₂-based glazing system to address the issue of thermal management in buildings. This glazing, self-regulated by the greenhouse effect and the presence of VO₂, demonstrates excellent thermal insulation performance while maintaining good transmission properties in the visible spectrum.Next, we designed, fabricated, and characterized a multilayer coating based on VO₂ for thermal switch applications. This coating exhibits an infrared emissivity opposite to that of bulk VO₂ and is capable of emitting significant heat flux above the critical temperature of VO₂, while emitting much less below this temperature. This type of thermal switch with positive differential emissivity paves the way for numerous applications in radiative cooling and thermal protection.Dans cette thèse, nous proposons des solutions innovantes pour la gestion thermique en utilisant le dioxyde de vanadium (VO₂), un matériau à transition de phase métal-isolant (MIT), afin de concevoir des revêtements multicouches dont les propriétés radiatives sont entièrement pilotées par la température, sans nécessiter d'apport d'énergie externe.Après avoir étudié la validité de la loi de Kirchoff pour prédire l'émission thermique de structures anisothermes, nous proposons une conception innovante de vitrage à base de VO₂ pour répondre à la problématique de la gestion thermique des bâtiments. Ce vitrage, auto-régulé par l'effet de serre et la présence de VO₂, présente d'excellentes performances en termes d'isolation thermique tout en conservant de bonnes propriétés de transmission dans le visible.Ensuite, nous avons conçu, fabriqué et caractérisé un revêtement multicouche à base de VO₂ pour la réalisation de commutateurs thermiques. Ce revêtement présente une émissivité infrarouge inverse à celle du VO₂ massif et est capable d'émettre un flux de chaleur important au-dessus de la température critique du VO₂, tout en en émettant beaucoup moins en dessous de cette température. Ce type de commutateur à émissivité différentielle positive ouvre la voie à de nombreuses applications dans les domaines du refroidissement radiatif et de la protection thermique