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Solides actifs élastiques : mouvements collectifs, actuation collective & polarisation
No full textActive solids consist of elastically coupled out-of-equilibrium units performing work. They are central to autonomous processes in biological systems, e.g. locomotion, self-oscillations and morphogenesis. Moreover, their shape-preserving property and their intrinsic non-equilibrium nature make active solids a promising framework to create multifunctional metamaterials with bona fide autonomy. Yet, the feedback mechanism between elastic and active forces, and the possible emergence of collective behaviors remains poorly understood. We take advantage of centimetric models of self-propelled active units and introduce a minimal realization of an active elastic solid. Polar active agents exert forces on the nodes of a two-dimensional elastic lattice, and the resulting displacement field nonlinearly reorients the active agents. From this so-called elasto-active feedback emerges numerous new collective behaviors. In the first part, we show that for weak enough coupling, the presence of zero modes dictates the nature and the geometry of the collective behaviors. Rigid body motions in free boundary conditions thus provide a way to set a population a rigidly coupled active units into collective motion. Then, we find that for large enough coupling, a collective oscillation of the lattice nodes around their equilibrium position emerges, the so-called collective actuation. We find that only a few elastic modes are actuated and, crucially, they are not necessarily the lowest energy ones. Combining experiments with the numerical and theoretical analysis of an agents model, we unveil the bifurcation scenario and the selection mechanism by which the collective actuation takes place. We propose a hydrodynamic theory of active solids to describe their large-scale properties, and analyze some of its consequences. Playing with the vibrational properties of the lattice, we also explore the wide variety of collective actuations, and find control parameters and design strategies for the emerging dynamics. Finally, we study how the coupling with an external field polarizes active solids and affects the emergence of collective actuation. Altogether, beyond the understanding of our particular system, this manuscript is an attempt to unveil the mechanical functionality of active matter as a continuum.Les solides actifs sont constitués d'unités hors équilibre couplées élastiquement. Ils sont centraux dans de nombreux processus biologiques comme la locomotion, les oscillations spontanées et la morphogenèse. De plus, leurs propriétés mécaniques et leur capacité à fournir du travail permettent d'imaginer de nouveaux métamatériaux, multifonctionnels, et dotés d'une véritable autonomie. Néanmoins, les mécanismes de rétroaction entre les forces actives et élastiques et la possible émergence de comportements collectifs, restent encore peu explorés. En tirant profit d'unités actives centimétriques, nous construisons une réalisation minimale de solide actif élastique. Les unités actives polaires exercent des forces sur les nœuds d'un réseau élastique bidimensionnel, et le champ de déplacement induit réoriente non-linéairement les agents actifs. De ce couplage, dit élasto-actif, émergent quantités de nouveaux comportements. Dans la première partie, nous montrons que, pour un faible couplage, la présence de modes zéros dicte la nature et la géométrie des comportements collectifs. Sans conditions aux limites, les solides actifs fournissent ainsi un moyen de mettre en mouvement collectif une population d'unités actives couplées rigidement. Dans un second temps, nous constatons, pour un couplage suffisamment grand, l'émergence d'une oscillation collective des nœuds du réseau autour de leurs positions d'équilibres. Nous appelons ce phénomène l'actuation collective. Seuls quelques modes élastiques sont activés et, de manière cruciale, ils ne sont pas nécessairement les modes de plus basses énergies. En combinant des expériences modèles avec l'analyse numérique et théorique d'un modèle d'agents, nous expliquons le scénario de bifurcation et le mécanisme de sélection par lequel l'actuation collective a lieu. Nous proposons une théorie hydrodynamique des solides actifs pour décrire leurs propriétés à grande échelle, et analysons certaines de ses conséquences. En jouant avec les propriétés de vibrations du réseau, nous explorons également la grande variété d'actuations collectives, et mettons en évidence les paramètres qui contrôlent la dynamique. Enfin, nous étudions la manière dont le couplage avec un champ extérieur polarise les solides actifs et affecte l'émergence de l'actuation collective. En définitive, au-delà de la compréhension de notre système particulier, ce manuscrit tente d'établir les fonctions mécaniques de la matière active à grande échelle
Modélisation profonde espace-état pour la représentation explicable, l'analyse et la prédiction des dynamiques du corps humain dans la compréhension de la dextérité et l'ergonomie computationnelle
No full textThe analysis of human motions has been extensively studied in the past due to its wide variety of practical applications, such as human-robot interaction, human learning applications, clinical diagnosis, and monitoring of human activities. Nevertheless, the state-of-the-art still faces scientific challenges while modeling human motions. Firstly, to model the spatial and temporal dynamics of human motion and accurately predict the evolution of motion descriptors over time, the stochasticity of human motion and the physical body structure must be considered. Second, the explainability of existing deep learning algorithms regarding their predictions still needs to be improved as they lack human-comprehensible representations of human motion. This thesis studies and introduces machine learning approaches for the automatic analysis and representation of human motion. Human motion is formulated as a state-space model of a dynamic system whose parameters are estimated using deep learning and statistical algorithms. The models adhere to the structure of the Gesture Operational Model (GOM), which incorporates spatial and temporal dynamics assumptions in the mathematical representation of human motion. Two novel deep state-space models are presented that model a variety of human movements using nonlinear network parameterization and provide interpretable predictions using the GOM representation. The encoder-decoder structure of the models not only allows them to simulate full-body human motion, but also to disentangle variation factors across distinct movements, cluster related motion descriptors, and identify joint dynamics across sequences. The third method estimates GOM representations using Maximum Likelihood Estimation via Kalman Filters. In contrast to the deep state models, the statistical approach is sufficiently accurate to generate specific human motions utilizing one-shot training. This training strategy enables users to model single human motions and estimate their mathematical representation using simple procedures that require less computational power than data-driven methods. Finally, two applications of the generated models are described. The first is for dexterity analysis of professional movements, where dynamic associations between body joints and meaningful motion descriptors are identified. The second application is for implementing an ergonomically effective task delegation methodology to optimize human-robot collaboration frameworks.L'analyse des mouvements humains a été étudiée de manière approfondie dans le passé en raison de sa grande variété d'applications pratiques, telles que l'interaction homme-robot, les applications d'apprentissage humain, le diagnostic clinique et la surveillance des activités humaines. Néanmoins, l'état de l'art reste confronté à des défis scientifiques lors de la modélisation des mouvements humains. D'abord, pour modéliser la dynamique spatiale et temporelle des mouvements humains et prédire avec précision l'évolution des descripteurs de mouvement, il faut considérer la stochasticité des mouvements humains et la structure physique du corps. Ensuite, l'explicabilité des algorithmes d'apprentissage profond existants concernant leurs prédictions doit encore être améliorée car ils manquent pour la plupart de représentations du mouvement humain compréhensibles par les humains. Par conséquent, cette thèse étudie et présente des méthodes d'apprentissage machine pour l'analyse automatique et la représentation du mouvement humain. Le mouvement humain est formulé comme un modèle d'espace d'état d'un système dynamique dont les paramètres sont estimés à partir d'algorithmes d'apprentissage profond et de statistiques. Les modèles adhèrent à la structure du Gesture Operational Model (GOM), qui intègre des hypothèses sur la dynamique spatiale et temporelle dans la représentation mathématique du mouvement humain. Deux nouveaux modèles profonds d'espace d'état sont présentés, qui modélisent une variété de mouvements humains à partir d'une paramétrisation non linéaire et fournissent des prédictions interprétables en utilisant la représentation GOM. La troisième méthode estime les représentations GOM en utilisant l'estimation par maximum de vraisemblance avec des filtres de Kalman. Contrairement aux modèles d'état profond, l'approche statistique est suffisamment précise pour produire des mouvements humains précis en utilisant des procédures d'entraînement simples qui nécessitent moins de puissance de traitement que les méthodes d'apprentissage profond.Enfin, deux applications des modèles créés sont décrites. La première est destinée à l'analyse de la dextérité des mouvements professionnels, où les associations dynamiques entre les articulations du corps et les descripteurs de mouvement significatifs sont identifiées. La seconde application concerne la réalisation d'une méthodologie de délégation de tâches pour optimiser l'ergonomie des structures de collaboration humain-robot
Caractérisation et échantillonnage de déchets d'équipements électriques et électroniques
No full textAssessing the grade of a batch of waste electrical and electronic equipment is a crucial stage of its recycling. It helps establish a fair selling price between the various stakeholders and assess the optimum treatment protocol. Although current sampling techniques can provide an estimate of the metal content of a batch, they do not give any information as to the uncertainty around this predicted value. The main objective of the present thesis is to evaluate this uncertainty. The theory of equiprobable sampling described by Pierre Gy can be used to characterise any type of fragmented material; it served as the basis for this work. Its use requires in-depth characterisation of the heterogeneities in size, mass, density and content of a batch of material. This was done on two batches of electronic waste, and several thousand fragments of each were analysed individually. We were able to conclude that P. Gy’s model does a good job of predicting the total error in the present setting, but further measurements are needed if we are to generalise our results to other types of electronic waste.L'évaluation de la teneur d’un lot de déchets d’équipements électriques et électroniques est une étape importante de leur recyclage. Elle permet, entre autres, d’établir un prix de vente juste entre les différents acteurs de la filière et d’évaluer le protocole de traitement optimal à utiliser. Les techniques d’échantillonnage actuelles permettent déjà d’estimer la teneur en métal du lot, mais pas de quantifier l’incertitude autour de cette valeur prédite. L’objectif principal de cette thèse est de l’évaluer.La théorie de l’échantillonnage équiprobable décrite par Pierre Gy permet de caractériser tout type de matière morcelée, et a donc servi de base à ce travail. Son utilisation nécessite de caractériser en profondeur les hétérogénéités de taille, de masse, de densité et de teneur d’un lot de matière. C’est ce qui a été fait sur deux lots de déchets électroniques, plusieurs milliers de fragments de l’un et l’autre ont été individuellement analysés. Nous avons pu en conclure que le modèle de P. Gy permet bien de prédire l’erreur totale dans le cas étudié, mais d’autres mesures sont nécessaires si nous voulons généraliser les résultats obtenus à d’autres types de déchets électroniques
Etude des phénomènes physico-chimiques en jeu lors de la consolidation hors autoclave de composites PEKK/FC
No full textCarbon Fiber/High performance thermoplastic matrix composites are of great interest for the aeronautical industry, for the reduction of process times as well as for their potential ability to be welded and recycled compared to their thermoset matrix-based composites counterparts. In this context, the HAICoPAS (Highly Automatized Integrated Composites for Performing Adaptable Structures) collaborative project, built around an industrial and academic consortium and led by Hexcel and Arkema, aims to develop the entire production chain of a continuous carbon fiber reinforced composite with a PEKK (Polyetherketoneketone) matrix. This goes from the pre-impregnation of the tape to the welding of real parts capable of meeting industrial requirements, in particular, consolidate parts in out-of-autoclave (OOA) system with a porosity rate inferior to 1%.As the resorption of intra or interply voids requires a local flow of the whole composite, squeeze flow rheological tests have been modeled to understand the viscous behavior of this highly filled system. The power law viscosity parameters have been identified at 1 bar, as well as an unexpected increase of these parameters with the applied pressure which has been related to "shear banding". Then, consolidation experiments under vacuum bag in an oven, coupled with model rheological tests reproducing the same time-temperature-pressure cycle, have highlighted the process / microstructure / mechanical properties relationships induced. A good dispersion of fibers along with few porosities confined in dry areas is necessary to facilitate the out of autoclave consolidation of the composite. Also, an increase in the interlaminar shear strength (ILSS), observed with consolidation time, was found to be related to the homogenization of the {fibers + matrix} distribution at the interplies rather than to the more usually considered porosity rate. Finally, the important role played by the volatiles and the moisture content in particular, in the consolidation of the composite was identified.Les composites à fibres de carbone continues et matrice thermoplastique haute performance présentent un intérêt fort pour l’industrie aéronautique comparés aux traditionnels composites à matrice thermodurcissable, pour la diminution des temps de procédé ainsi que pour leur potentielle aptitude à être soudés et recyclés. C’est dans ce contexte que le projet collaboratif HAICoPAS (Highly Automatized Integrated Composites for Performing Adaptable Structures) porté par Hexcel et Arkema et regroupant un consortium industriel et académique, a vu le jour. Il a pour but de développer toute la chaîne de production, allant de la pré-imprégnation de la nappe jusqu’au démonstrateur, permettant de mettre en œuvre un composite fibres de carbone continues à matrice PEKK (Polyetherketoneketone) de la famille des PAEK (Polyaryletherketone) capable de répondre aux exigences industrielles, notamment de produire des pièces consolidées hors autoclave avec un taux de porosité inférieur à 1 %.Sachant que la résorption des porosités intra ou interplis demande un écoulement, certes local, mais d’ensemble du composite, des essais de rhéologie en squeeze flow ainsi que leur modélisation ont permis de mieux appréhender le comportement visqueux complexe du système fortement renforcé en fibres. Les paramètres de viscosité en loi de puissance du composite à 1 bar ont pu être identifiés, ainsi que leur augmentation avec la pression appliquée, corrélée au phénomène de shear banding. Puis, la mise en place d’essais de consolidation sous bâche à vide en étuve couplée à des essais modèles sous rhéomètre reproduisant le même cycle temps-température-pression, ont permis de mettre en évidence les relations procédé / microstructure / propriétés mécaniques induites. Une bonne dispersion de fibres et a fortiori peu de porosités confinées dans des zones très sèches en résine, est nécessaire pour faciliter la consolidation hors autoclave du composite. Aussi, une augmentation de la résistance au cisaillement interpli (ILSS), observée avec le temps de consolidation, s’est avérée être liée à l’homogénéisation de la répartition {fibres + matrice} aux interplis plutôt qu’au taux de porosité généralement considéré comme critère discriminant de la qualité de consolidation. Enfin, le rôle non négligeable joué par les volatils et le taux d’humidité en particulier, dans la consolidation du composite a pu être identifié
Calculs de criticité en neutronique : réduction de l'ordre des modèles et estimateurs d'erreur a posteriori
No full textFor some applications involving loading optimization for nuclear reactor cores, such as irradiation experiments on Materials Testing Reactors (MTRs), or optimizing fuel assembly loading patterns, the challenge is to reduce the computational time of the simulation of the reactor state, while controlling calculation biases and errors. A reduced-basis approach is a natural candidate to meet this constraint.In the context of reduced bases, we build an approximation space associated with a partial differential equation that depends on parameters encoding the loading pattern. The construction of this approximation space involves a phase of exploration of the parameter space, in which it is important to quantify the error between the solution obtained from the approximation space (under construction) and the solution obtained with a standard high-fidelity calculation (fine discretization). This crucial step enables the certification of the reduced basis construction via a posteriori error estimates. Recent works have been carried out to obtain a computable error estimate for symmetric eigenvalue problems. In the context of neutronics, we are interested in generalized non-symmetric eigenvalue problems (criticality calculations).Thus, in this work, we extend the a posteriori estimation for eigenvalue problems to the non-symmetric case. Then, a reduced basis method, based on the greedy algorithm and using the a posteriori error estimates that were developed is first implemented in a mock-up code, in order to validate and certify the method through simple and illustrative test cases. Then, the implementation of such a reduced-order model is carried out in the APOLLO3® code, developed at CEA.Pour certaines applications concernant l'optimisation du chargement du cœur d'un réacteur nucléaire, telles que les expériences sur les réacteurs d'irradiation technologique (Materials Testing Reactors), ou l'optimisation du placement des assemblages, une difficulté majeure est de pouvoir réduire le temps de calcul de l'état du réacteur, tout en maîtrisant les biais et les erreurs de calcul. Une approche de type "bases réduites" est un candidat naturel pour répondre à cette contrainte.Dans le cadre des bases réduites, nous construisons un espace d'approximation associé à une équation aux dérivées partielles dépendant de paramètres qui encodent le chargement du cœur. La construction de cet espace d'approximation comporte une phase d'exploration de l'espace des paramètres dans laquelle il est important de quantifier l'erreur entre la solution obtenue à partir de l'espace d'approximation (en construction) et la solution obtenue avec un calcul standard (discrétisation fine). Cette étape cruciale permet de certifier la construction de la base réduite via des estimateurs d'erreur a posteriori. Récemment, des travaux ont été menés pour obtenir un estimateur d'erreur calculable sur des problèmes aux valeurs propres symétriques. Dans le contexte de la neutronique, on s'intéresse à des problèmes aux valeurs propres généralisés non-symétriques (problèmes de criticité).Par conséquent, dans cette étude, nous généralisons les estimateurs d'erreur a posteriori pour les problèmes aux valeurs propres au cas non symétrique. Ainsi, une méthode des bases réduites, reposant sur l'algorithme "greedy" et utilisant les estimateurs d'erreur a posteriori ayant été développés, est d'abord implémentée dans une maquette, et permet de valider et certifier le modèle réduit obtenu sur cas tests simples et illustratifs. Puis, nous présentons l'implémentation d'un tel modèle réduit dans le code APOLLO3®, développé au CEA
Analyse de la propagation de fissure par fatigue pour les alliages d'aluminium 2050-T84
No full textIncreasing demand for limiting environmental impact pushes the need to improve the property to density ratio. This point is crucial for a wide range of industrial applications of aeronautical Al-alloys, especially for aircraft structures. Recent advances have led to the use of Al-Cu-Li alloys, such as Constellium's Airware alloy 2050-T8, for which the addition of 1% of lithium reduces the density while increasing both strength and damage tolerance properties compared with incumbent products.Aluminum aircraft structures are sized with due regard to fatigue crack growth. Fatigue lifetime prediction implies to know crack paths and fatigue crack growth rates for all the loading conditions. Yet, crack growth rate estimation is made particularly difficult when the cracks deviate. This leads to the use of additional safety margins in the design. This study aims to establish a fatigue crack growth model taking into account crack deviation, in order to take full advantage of the last generations Al-Cu-Li alloys properties.The scientific challenge consists in measurements of crack deviation conditions so as to propose a robust model able to predict fatigue crack deviation and crack growth rate. The approach is based on an experimental analysis of crack deviation conditions. Test will be performed on CT, CCT (MT), DCB and ESET specimens to further investigate different loading conditions, including notably T-stress. A special attention will be paid to local displacement measurement at the very crack tip using digital image correlation technique. Fracture surface analysis will assess the fracture mechanisms according to the anisotropy and the material microstructure. Numerical modelling will be based on FEA using conform remeshing technic introducing both simplified and realistic crack shapes.L'amélioration du rapport performance sur densité est au cœur des défis environnementaux. Ce point est crucial pour un large éventail d'alliages d'aluminium à applications en industrie aéronautique, particulièrement au niveau des pièces de structure, dont l'allègement accroit le rendement des moteurs. Les derniers progrès ont mené à l'utilisation d'alliages Al-Cu-Li tel que l'Airware 2050-T8 de Constellium, dans lequel l'incorporation d'1% de lithium permet de réduire la densité tout en augmentant la résistance mécanique ainsi que la tolérance aux dommages, en comparaison avec des alliages de référence.Les pièces de structures aéronautiques en aluminium sont notamment dimensionnées en propagation de fissure de fatigue. La prévision des durées de vie en fatigue implique de connaitre les vitesses de propagation et chemins de fissure pour l'ensemble des conditions de chargement. Or, l'estimation de la vitesse de propagation est rendue particulièrement difficile lorsque les fissures dévient. Cela entraîne l'emploi de marges de sécurité supplémentaires lors du design. L'objectif de cette étude est d'établir un modèle de propagation des fissures de fatigue de manière à prévoir et quantifier les déviations, et donc de profiter au mieux des performances offertes par les alliages Al-Cu-Li de dernière génération.L'enjeu scientifique consiste à obtenir des mesures des conditions de bifurcations et de proposer des modèles robustes capables de prédire la déviation de fissure et la vitesse de propagation de ces fissures de fatigue. L'approche proposée est basée sur une analyse expérimentale approfondie des vitesses et des conditions de déviation. Les essais seront menés sur des éprouvettes CT, CCT (MT), DCB et ESET pour investiguer différentes conditions de chargement, et notamment le rôle de la contrainte T. Une attention particulière sera portée sur la mesure des champs de déplacement en pointe de fissure par corrélation d'images numériques. Les analyses des faciès de rupture permettront d'évaluer les mécanismes de propagation de fissure en fonction de l'anisotropie et de la microstructure du matériau. Les modélisations seront basées sur des approches par éléments finis utilisant les techniques de maillage conforme pour introduire les fissures simplifiées ou de morphologie réalistes obtenues à partir des faciès
Nanostructuration de mélanges de PC/ABS appliquée au recyclage des polymères issus des DEEE
No full textWaste electrical and electronic equipment (WEEE) is growing fast, and its management is a major environmental and societal challenge. The recycling of polymers derived from WEEE faces a number of obstacles, including the degradation of their properties (mainly mechanical) after being recycled. To offer competitive recycled products, recyclers are developing various techniques to improve or restore the properties of these polymers ("upgrading" approach). One promising and original approach consists in blending different polymers and generating specific, controlled morphologies during processing, in order to obtain improvements in final properties.In this context, the work of this thesis involves structuring PC (Polycarbonate) / ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) blends, two plastics commonly used in WEEE. ABS, a Styrene-Acrylonitrile (SAN) copolymer in which cross-linked Polybutadiene (PB) nodules are dispersed, is known to be particularly sensitive to ageing phenomena. The structuration applied in this thesis is obtained using the multi-nanolayer coextrusion process, which enables two immiscible polymers to be combined in films composed of up to several thousand alternating layers. This nanostratified structure can potentially lead to mechanical improvements, as in the case of PC/SAN where a brittle-ductile transition is observed in impact and tensile tests when the thickness of the layers falls below a certain critical value (1 to 10 µm, this value depending on the composition).The study presented here explores the potential benefits of multilayer coextrusion for improving the mechanical properties of recycled ABS, which has undergone aging during its first life. An initial model study on virgin PC/SAN and PC/ABS allows to evaluate the benefits of the technique on virgin polymers. A examination of the morphology developed in the layers reveals that agglomerates of PB nodules in ABS cause distortion and even breakups in the sub-micron layers. The elongation-at-break and impact resistance properties of such films are diminished, and are inferior to those of films with layers thicker than a micron.To simulate the degradation of polymers during their life cycle, ABS and SAN are subjected to thermo-oxidative aging, the impact of which on mechanical properties is studied. Finally, multilayer films containing these oxidized materials are manufactured, with the aim of determining the upgrading potential of the technique in the context of recycling plastics from WEEE.Oxidation of ABS causes very sharp drops in elongation at break in unstructured blends obtained by twin-screw extrusion with a classic nodular morphology. Multi-layer films containing oxidized ABS, on the other hand, do not suffer this sharp drop in property. A mitigation of the effect of ABS oxidation is reported and an explanation based on morphological observations is proposed for this mitigation phenomenon.Les déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) connaissent une croissance importante et leur gestion constitue un enjeu environnemental et sociétal majeur. Le recyclage des polymères issus de ces déchets se heurte à de nombreux obstacles, parmi lesquels la dégradation de leurs propriétés (mécaniques principalement) après leur recyclage. Pour proposer des produits recyclés compétitifs, les recycleurs développent différentes techniques pour améliorer ou restaurer les propriétés de ces polymères (approche "d'upgrading"). Une voie prometteuse et originale consiste à mélanger différents polymères et à générer des morphologies spécifiques et contrôlées pendant leur mise en œuvre de manière à obtenir des améliorations de propriétés finales.Dans ce contexte, les travaux de cette thèse consistent à structurer des mélanges PC (Polycarbonate) / ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène), deux plastiques couramment utilisés dans les DEEE. L’ABS, formé d'un copolymère de Styrène-Acrylonitrile (SAN) dans lequel sont dispersés des nodules de Polybutadiène réticulé (PB), est connu pour être particulièrement sensible aux phénomènes de vieillissement. La structuration utilisée dans cette thèse est obtenue à l’aide du procédé de coextrusion multinanocouche, qui permet de combiner deux polymères immiscibles dans des films composés de couches alternées, dont le nombre peut être contrôlé et atteindre plusieurs milliers. Cette structure nanostratifiée peut potentiellement conduire à de améliorations mécaniques, comme par exemple dans le cas du PC/SAN où une transition fragile-ductile est observée en traction et en impact lorsque l'épaisseur des couches devient inférieure à une certaine valeur critique (1 à 10 µm, cette valeur dépend de la composition).L'étude présentée ici explore les potentiels bénéfices de la coextrusion multinanocouche pour l'amélioration des propriétés mécaniques de l'ABS recyclé, ayant subi un vieillissement lors de sa première vie. Une première étude modèle sur du PC/SAN et du PC/ABS vierges permet d'étudier les apports de la technique sur des polymères vierges. L'étude de la morphologie développée dans les couches révèle que des agglomérats de nodules de PB dans l'ABS provoque des distorsions ou même des ruptures dans les couches sub-microniques. Les propriétés d'élongation à la rupture ainsi que de résistance à l'impact de tels films s’en trouvent dégradées et sont inférieures à celles des films ayant des couches d'épaisseur supérieures au micron.Pour simuler la dégradation des polymères lors de leur cycle de vie, l’ABS et le SAN sont soumis à un vieillissement thermo-oxydatif dont l’impact sur les propriétés mécaniques est étudié. Enfin, des films multicouches contenant ces matériaux oxydés sont fabriqués avec l’objectif de déterminer le potentiel "d'upgrading" de la technique dans le cadre du recyclage des plastiques issus des DEEE.L'oxydation de l'ABS cause des chutes d'élongation à la rupture très importantes dans les mélanges non structurés, c’est-à-dire de ceux obtenus par extrusion bivis ayant une morphologie classique nodulaire. En revanche, les films multicouches contenant de l'ABS oxydé ne subissent pas cette chute de propriété. Une mitigation de l'effet de l'oxydation de l'ABS est rapportée et une explication basée sur les observations morphologiques est proposée pour ce phénomène de mitigation
Réactions d'amination et de carbonylation du benzène en microréacteur plasma gaz/liquide
No full textWith the aim of reducing waste and energy consumption in the chemical industry (the number 1 energy-consuming industry), new technologies can be introduced to develop chemical synthesis processes in line with the principles of green chemistry. One of these technologies uses plasma, a highly reactive ionised gas that can initiate chemical reactions at ambient temperature and pressure. Plasma can directly add a chemical function to a molecule: (i) ammonia could be used for amination (adding NH3 to a molecule) and (ii) carbon monoxide for carbonylation (adding CO to a molecule). These two reactions are studied in a gas/liquid plasma microreactor. Microfluidics is used to keep the plasma in contact with the liquid in order to promote exchanges of matter between the two phases and thus enable chemical reactions to be controlled.Dans le but de réduire les déchets et la consommation énergétique de l'industrie chimique (1ère industrie consommatrice d'énergie), de nouvelles technologies peuvent être mises en place pour développer des procédés de synthèse chimique en accord avec les principes de la chimie verte. L'une de ces technologies utilise le plasma qui est un gaz ionisé très réactif pouvant permettre d'initier des réactions chimiques à température et pression ambiantes. Ainsi, le plasma peut apporter directement une fonction chimique à une molécule : (i) l'ammoniac pourrait permettre de faire de l'amination (ajout de NH3 sur une molécule) et (ii) le monoxyde de carbone de la carbonylation (ajout de CO sur une molécule). Ces deux réactions sont étudiées dans un microréacteur plasma gaz/liquide. La microfluidique permet de maintenir le plasma au contact du liquide afin de favoriser les échanges de matières entre les deux phases et ainsi permettre un contrôle réactions chimiques
Construction d'une méthode de détection de défauts et de diagnostic automatique de la performance des bâtiments en présence de peu de données mesurées
No full textThe building sector accounting for about two-thirds of global carbon emissions, there is a tremendous potential in energy use reduction, that can be leveraged towards the Paris Agreement emission reduction goals, including the improvement of building operation, and in particular early fault detection and diagnosis (FDD). This thesis aims at contributing to the state-of-the-art in Automatic Fault Detection and Diagnosis (AFDD) and Measure and Verification (M&V) by proposing a novel methodology that is BPS-centered, and at building level, to alleviate the critical dependence to costly hard-to-maintain Advanced Metering Infrastructure (AMI), even though it provides fine grain data. By using commonly metered data, the methodology enlarges its scope of application to most buildings that can be accurately modeled using BPS. The overall methodology is both operator- and BPS-centered: indeed, while BPS coupled with Bayesian calibration is essential in compensating not metering large amounts of data, the fault diagnosis part of the methodology lies with the operator, who analyses the calibrated parameters and uses expert knowledge of the operated building to perform the final step of the diagnosis. Besides, while other works in the field leveraged smart meters to measure dynamic solicitations about the building, e.g. building occupancy, this thesis offers a different way of dealing with these random variables by treating them as unknown parameters in the calibration process. The methodology developed in this work is quite promising, as it is able to identified most symptoms and orient an operator towards most likely faults with a reduced data set, and without specifying the faults beforehand. Nevertheless, numerical and engineering issues still persist. Operationally, this methodology gains in robustness and efficiency if coupled with simple rule-based AFDD. Furthermore, additional metered data points may prove critical to greatly improve the AFDD efficiency in a cost-effective way.Le secteur du bâtiment représentant environ deux tiers des émissions mondiales de carbone, il existe un énorme potentiel de réduction de la consommation d'énergie, qui peut être mis à profit pour atteindre les objectifs de réduction des émissions de l'Accord de Paris, y compris par l'amélioration de l'exploitation des bâtiments, et en particulier la détection et le diagnostic précoces des défauts (FDD). Cette thèse vise à contribuer à l'état de l'art en matière de détection et de diagnostic automatique des défauts (AFDD) et de mesure et vérification (M&V) en proposant une nouvelle méthodologie centrée sur la simulation énergétique à l'échelle du bâtiment, afin de s'affranchir d'une instrumentation couteuse et difficile à maintenir même si elle fournit des données à pas de temps fin. En se reposant uniquement sur des données couramment mesurées, la méthode vise à s'appliquer à la majorité des bâtiments. La méthodologie globale est à la fois centrée sur l'opérateur et sur la simulation énergétique : en effet, alors que la simulation associée à un calibrage bayésien est essentielle pour compenser le peu de données mesurées, la méthodologie relative au diagnostic des défauts incombe à l'opérateur, qui analyse les paramètres calibrés et utilise sa connaissance du bâtiment exploité pour réaliser l'étape finale du diagnostic. En outre, alors que d'autres travaux dans ce domaine ont exploité les compteurs intelligents pour mesurer les sollicitations dynamiques concernant le bâtiment, par exemple l'occupation, cette thèse propose une manière différente de traiter ces variables aléatoires en les considérant comme des paramètres inconnus dans le processus de calibrage. La méthodologie développée dans ce travail est très prometteuse, car elle est capable d'identifier la plupart des symptômes et d'orienter un opérateur vers les défauts les plus probables avec un ensemble de données réduit, et sans spécifier les défauts à l'avance. Néanmoins, des problèmes numériques et techniques persistent. Sur le plan opérationnel, cette méthodologie gagne en robustesse et en efficacité si elle est couplée à un AFDD simple basé sur des règles prédéfinies. En outre, des points de données de comptage supplémentaires peuvent s'avérer essentiels pour améliorer considérablement l'efficacité de l'AFDD en gardant les coûts maitrisés
Impact du procédé de choc laser sur les propriétés métallurgiques de l’acier 32-CrMoV-13 Nitruré
No full textThe TRANSFUGE project (for Transmission Future Generation) led by the IRT-M2P (Institut de Recherche Technologique Matériaux Métallurgie et Procédés), aims at the power transmission components improvments (as gears). In the aerospace industry, most power transmission parts are considered critical. The failure of a critical part would have a catastrophic effect on the system. In order to improve the fatigue performance of these parts, Laser Shock Peening (LSP) is investigated as a treatment method capable of providing a level of residual compressive stress higher than what is currently achieved by conventional shot peening.The main goal of this thesis is to investigate LSP, as a suitable process of power transmission parts reinforcement. The materials used for power transmission applications are carburized or nitrided steels, with high surface yield strengths and mechanical properties gradients.Following a literature review on LSP and carburized/nitrided steels, tests were carried out to characterize untreated materials, and to determine their yield strength at high strain rates. These tests defined the range of power density (GW/cm²) required to yield these materials. LSP treatments were then carried out on these materials on the PIMM's Héphaïstos platform (2Hz firing rate, 532nm wavelength). A set of characterizations had been carried out to assess the impact of the treatment on the materials various mechanical properties: residual stresses, hardness, roughness, microstructure and EBSD measurements. Finally, tests were carried out on PIMM's Théia laser platform (10Hz, 1064nm) in order to explore new LSP parameters (different pulse duration, DOE) and the materials mechanical properties effects.Le projet TRANSFUGE (pour Transmission Future Génération) est un projet piloté par l’IRT-M2P (Institut de Recherche Technologique Matériaux Métallurgie et Procédés). Le projet cible l’amélioration des pièces de transmission de puissance, à savoir la pignonnerie et les roulements. Dans le domaine aéronautique/naval, les pièces de transmission de puissance sont pour la plupart considérées comme critiques. Une pièce critique est une pièce dont la rupture entraine un effet catastrophique sur le système. En vue d’améliorer les performances en fatigue de ces pièces, le LSP est envisagé comme moyen de traitement capable d’apporter un niveau de contraintes résiduelles de compression équivalent voir supérieur à ce que permet actuellement le grenaillage conventionnel.Cette thèse a donc pour but d’évaluer la possibilité d’utiliser le LSP pour le renforcement des pièces de transmission de puissance. Les matériaux utilisés pour les applications de transmission de puissance sont des aciers cémentés ou nitrurés, comportant une haute limite d’élasticité en surface, ainsi que des gradients de propriétés mécaniques.Après une étude bibliographique menée sur le LSP, ainsi que sur les aciers cémentés et nitrurés, des essais ont permis de caractériser ces matériaux avant choc laser, et de déterminer leur limite d’élasticité à haute vitesse de déformation. Ces essais ont permis de définir une gamme de densité de puissance (GW/cm²) nécessaire pour plastifier ces matériaux. Par la suite, des traitements LSP ont été réalisés sur ces matériaux sur la plateforme Héphaïstos du PIMM (cadence de tir 2Hz, longueur d’onde 532nm). Une série de caractérisation a été réalisée pour évaluer l’impact du traitement sur les différentes propriétés mécaniques des matériaux : contraintes résiduelles, mesures de dureté, rugosité, microstructure et EBSD. Enfin, des essais sur la plateforme laser Théia du PIMM, (10Hz, 1064nm) afin de pouvoir explorer des paramétries alternatives et leurs effets sur les propriétés mécaniques des matériaux