thèses en ligne de ParisTech
Not a member yet
9369 research outputs found
Sort by
Modélisation de la recristallisation dans les polycristaux par un modèle couplé champ de phase et milieu de Cosserat
No full textThermomechanical treatment of crystalline materials induces significant microstructural changes that must be understood in order to control the resulting macroscopic properties. In particular, recrystallization, i.e. the nucleation and growth of grains with low dislocation density, is of industrial interest for microstructure optimization during metal forming. Despite its importance, the modelling of this phenomenon remains fragmentary. While numerous models have been developed to efficiently simulate the growth phase (Monte-Carlo Potts, cellular automata, level sets, phase-fields, etc.), the simulation of nucleation traditionally involves the ad hoc introduction of new spherical or circular grains linked to a critical value of strain, stress or dislocation density. It is therefore necessary to develop models that spontaneously account for the appearance of new grains.During thermomechanical processes, the (visco)plastic deformation of the material can lead to a significant reorientation of the crystal lattice and a heterogeneous distribution of orientations can appear within grains that are initially homogeneously oriented. At the mesoscopic scale, these phenomena are well accounted for by models of crystal plasticity. An enriched description of matter, such as that of Cosserat continua, also allows size effects to be taken into account. In this theory, additional degrees of freedom are introduced in the form of microrotations, which can be identified with the rotations of the crystal lattice by means of internal constraints. We propose new analytical solutions to the problems of torsion of an isotropic elastic-plastic cylinder and shear of a single crystal. For the latter, different formulations of the free energy potential exploring various dependencies on the curvature-torsion tensor are studied.Among the available grain growth models, only the two-phase-field approach proposed by Kobayashi-Warren-Carter (KWC) can model an intragranular orientation gradient induced by deformation. Since phase-field models are based on a thermodynamic formulation, coupling to mechanics via the free energy potential is particularly straightforward. The full-field mesoscopic model used in this work, developed by Ask et al., thus combines Cosserat crystal plasticity and the KWC phase-field model of grain growth. One of the features of the model studied is the inclusion of inelastic relaxation behaviour at the grain boundary in addition to the (visco)plastic deformation of the grain. Therefore, the choice of the relaxation function on the formation and movement of grain boundaries is investigated. In particular, the existence of a threshold stress in the relaxation function is shown to potentially hinder the formation and movement of grain boundaries.We also show through finite element simulations that KWC-type models can spontaneously simulate the nucleation of new (sub)grains due to the presence of crystal orientation gradients. A three-dimensional torsional calculation of a single-crystal copper rod with a circular cross section of axis [111] shows the nucleation of subgrains along the rod due to lattice orientation gradients induced by mechanical loading. This observation is qualitatively confirmed by comparison with experimental results on the torsion of an aluminium single crystal obtained by M.E. Kassner.Les traitements thermomécaniques des matériaux cristallins provoquent d'importants changements microstructuraux qu'il convient de maitriser pour contrôler les propriétés macroscopiques qui en résultent. En particulier, la recristallisation, i.e la germination et croissance de grains possédant une faible densité de dislocations, est d'intérêt industriel pour l'optimisation de microstructures lors la mise en forme des métaux. Malgré son importance, la modélisation de ce phénomène reste parcellaire. En effet, si de nombreux modèles ont été développés afin de reproduire efficacement la phase de croissance (méthodes de Monte-Carlo Potts, automates cellulaires, level-sets, champs de phase…) , la simulation de la germination passe traditionnellement par l'introduction ad hoc de nouveaux grains sphériques ou circulaires en lien avec une valeur critique de déformation, contrainte ou densité de dislocation. Il convient donc de développer des modèles rendant compte spontanément de l'apparition de nouveaux grains.Lors des procédés thermomécaniques, la déformation (visco)plastique du matériau peut engendrer une réorientation importante du réseau cristallin et une distribution hétérogène d'orientation peut apparaître au sein de grains initialement orientés de façon homogène. À l'échelle mésoscopique, ces phénomènes sont bien pris en compte par des modèles de plasticité cristalline. Une description enrichie de la matière, telle que celle des milieux de Cosserat, permet en outre de prendre en compte des effets de taille. Dans cette théorie, des degrés de liberté additionnels de microrotations sont introduits et peuvent être identifiées aux rotations du réseau cristallins par le biais de contraintes internes. Nous proposons de nouvelles solutions analytiques aux problèmes de la torsion d'un cylindre en elastoplasticité isotrope et du cisaillement d'un monocristal. Pour ce dernier, différentes formulations du potentiel d'énergie libre explorant diverses dépendances vis-à-vis du tenseur de courbure-torsion sont étudiées.Parmi les modèles de croissance de grains, seule l'approche à deux champs de phases proposée par Kobayashi-Warren-Carter (KWC) peut modéliser un gradient d'orientation intragranulaire induit par la déformation. Les modèles à champs de phase s'appuyant sur une formulation thermodynamique, le couplage avec la mécanique via le potentiel d'énergie libre est particulièrement aisé. Le modèle mésoscopique en champs complets utilisé dans cette thèse, développé par Ask et al., combine ainsi la plasticité cristalline des milieux de Cosserat et le modèle à champs de phase de croissance de grains de KWC. Une des particularités du modèle étudié est d'ajouter à la déformation (visco)plastique du grain un comportement inélastique de relaxation du joint de grain. L'influence du choix de la fonction de relaxation aux joints de grain sur la formation et le mouvement de ceux-ci est ainsi étudié. En particulier, il est montré que la présence d'une contrainte seuil dans la fonction de relaxation peut ralentir la formation et le mouvement des joints.Nous montrons également par des simulations aux éléments finis que les modèles de type KWC peuvent simuler de façon spontanée de la germination de nouveaux (sous)grains en raison de la présence de gradients d'orientation cristalline. Un calcul tridimensionnel de torsion d'une barre monocristalline de cuivre à section circulaire d'axe [111] montre ainsi la formation de sous-grains le long de la barre en raison du développement d'un gradient d'orientation du réseau dû au chargement. Cette observation est confortée qualitativement par une comparaison aux résultats expérimentaux sur la torsion d'un monocristal d'aluminium obtenus par M.E. Kassner
Apprentissage par Renforcement Profond pour la Gestion Energétique Optimale dans les Systèmes Intelligents Multi-Energies
No full textThis research introduces a Deep Reinforcement Learning (DRL)-based approach for the optimized energy management in Smart Multi-Energy Systems (SMES). A Smart Energy Management System (SEMS) is proposed to efficiently man-age flexible energy systems, including heating, cooling, electricity storage, and District Heating and Cooling Systems. The Meridia Smart Energy (MSE) eco-district, a real-world SMES project in southern France, serves as the case-study. The DRL framework uses actor-critic architecture and is compared to Model Predictive Control (MPC). Results from a first simplified MSE simulation model show that DRL closely approximates MPC’s theoretical optimum (within 98%) and even outperforms some realistic MPC variants. A more complex digital twin-based case-study further validates DRL’s promise for SMES energy management. Future work includes real-world integration, exploring additional objectives, and expanding to other SMES use-cases.Cette thèse propose une approche de gestion de l’énergie basée sur l’Apprentissage par Renforcement Profond (DRL) pour les Systèmes Multi-Énergies Intelligents (SMEI). Le Système de Gestion Multi-Énergies Intelligente (SGMEI) est conçu pour optimiser la gestion des systèmes d’énergie flexibles, y compris le stockage de chaleur, de froid et d’électricité, ainsi que les systèmes de production dans les réseaux de chaleur et de froid, comm les Thermo-Frigo Pompes (TFPs). On propose ainsi l’application de cette approche sur l’étude de cas du projet Meridia Smart Energie (MSE), un projet réel de SMEI en cours de construction dans l’écoquartier de Nice Meridia, en France. L’agent DRL développé est comparé à un Contrôleur Prédictif (MPC) sur un premier cas d’étude simulé de SMEI simplifié, montrant que le DRL est capable d’approcher l’optimum théorique du MPC (à hauteur de 98%) en termes de réduction des coûts énergétiques. Cette étude suggère que le DRL est une approche prometteuse pour la gestion énergétique optimisée des SMEI. L’approche DRL est également appliquée sur un second cas d’étude à un jumeau numérique plus détaillé de MSE, développé sous Dymola, pour valider ces résultats sur un second cas d’étude plus complexe. Les futurs travaux porteront sur le transfert de l’apprentissage de la simulation à la réalité sur MSE et étendront l’application de cette approche à de nouveaux cas d’usage de SMEI
Systèmes à diffusion croisée dans des domaines à frontière mobile
No full textThis thesis deals with the analysis, stabilization, and numerical approximation of systemsof PDEs with cross-diffusion in domains with moving boundaries. It is motivated by themodeling of a vapor deposition process for thin film synthesis. The original work isdivided into three parts.The first part focuses on the stabilization of a cross-diffusion system in an expandingone-dimensional domain. Assuming that we can control the boundary data, we constructa feedback law using the backstepping method that exponentially stabilizes the steadystates of the system.In the second part of the work, we study the same system coupled with Cahn-Hilliardterms in a fixed domain. We obtain results concerning the minimizers of the associateddegenerate Ginzburg-Landau energy and use the entropy method to study the long-timedynamics when diffusion dominates. We introduce a semi-implicit finite volume schemethat preserves the structure of the continuous system and present numerical results indimensions 1 and 2.The third part is dedicated to an extension of the previous one-dimensional model,where we couple two cross-diffusion systems through a mobile interface and a linearexchange law of Butler-Volmer type. We study the formal properties of the model,including its variational entropy structure and steady states. We then introduce a finitevolume scheme where the mesh is locally modified to follow the interface. We provideelements of analysis for the scheme and numerically illustrate the dynamicsCette thèse traite de l’analyse, de la stabilisation et de l’approximation numérique de systèmes d’EDP à diffusion croisée dans des domaines à frontière mobile. Elle est motivée par la modélisation d’un processus de dépôt vapeur pour la synthèse de couches minces. Le travail original est divisé en trois parties. Un premier travail concerne la stabilisation d’un système à diffusion croisée dans un domaine unidimensionnel en expansion : considérant que l’on peut contrôler les données au bord du système, nous construisons via la méthode de backstepping une loi de rétro- action qui stabilise exponentiellement les états stationnaires du système. Nous étudions dans un second travail le même système couplé à des termes de Cahn-Hilliard dans un domaine fixe. Nous obtenons des résultats sur les minimiseurs de l’énergie de Ginzburg-Landau dégénérée associée et utilisons la méthode d’entropie pour étudier la dynamique en temps long quand la diffusion domine. Nous introduisons un schéma volumes finis semi-implicite qui préserve la structure du système continu et présentons des résultats numériques en dimensions 1 et 2.Un troisième travail est dédié à une extension du modèle unidimensionnel précédent, où nous couplons deux systèmes à diffusion croisée via une interface mobile et une loi d’échange linéaire de type Butler-Volmer. Nous étudions les propriétés formelles du modèle dont sa structure entropique variationnelle et ses états stationnaires. Nous introduisons ensuite un schéma volumes finis où le maillage est localement modifié pour suivre l’interface. Nous donnons des éléments d’analyse du schéma et illustrons numériquement la dynamique
Caractérisation accélérée de la fatigue à grand nombre de cycles de pièces de fabrication additive par essais d'auto-échauffement par machine ultrasonique de fatigue
No full textThe rapid development of metal additive manufacturing processes is driven by their advantages in terms of freedom of design, tool-free manufacturing and the possibility to produce small-series of component. The most mature additive manufacturing processes, such as Laser Powder Bed Fusion (LPBF), are now used to produce structural parts. These parts are subjected to different loadings including fatigue loading. However, the high-cycle fatigue properties of additively manufactured materials remain misunderstood. These properties are complex in particular due to the process-induced porosity of printed parts. In addition, numerous process parameters can influence the microstructure and the porosity of the resulting parts, and consequently their fatigue resistance. In this context, a rapid determination of these properties is necessary in order to optimize process parameters in regards to fatigue properties. In this work, two methods are used to rapidly characterize the fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy printed with LPBF process. The first one uses ultrasonic fatigue machines to perform high frequency fatigue tests at 20 kHz. The second enables a rapid determination of the fatigue limit of the material by studying its self-heating behavior under cyclic loading. Although promising, these methods are not yet used for dimensioning structural parts within a standardized framework. In this work, rapid characterization tests as well as conventional fatigue tests are carried out on material grades with different microstructures or porosity levels. The goal is to assess the sensitivity of fatigue strength to porosity or microstructure variations, and to verify that the different testing approaches can capture this sensitivity.Le développement rapide des procédés de fabrication additive métallique est motivé par leurs avantages en terme de liberté de conception, de fabrication sans outil et de réalisation de composants en petite série. Les procédés de fabrication additive les plus matures, comme la fusion laser sur lit de poudre (Laser Powder Bed Fusion, LPBF), sont désormais utilisés pour la réalisation de pièces de structure. Ces pièces subissent, entre autres, des chargements cycliques de fatigue. Or, les propriétés en fatigue à grand nombre de cycle des matériaux obtenus par fabrication additive restent mal comprises. Ces propriétés sont complexes notamment à cause de la porosité résiduelle des pièces fabriquées. D’autre part, de nombreux paramètres procédé peuvent influencer la microstructure et la porosité des pièces obtenues et par conséquent leur résistance en fatigue. Dans ce contexte, une détermination rapide de ces propriétés est nécessaire afin de pouvoir optimiser les paramètres du procédé par rapport aux propriétés en fatigue. Dans ces travaux, deux méthodes sont utilisées pour réaliser une caractérisation rapide des propriétés en fatigue de l’alliage Ti-6Al-4V produit par le procédé LPBF. La première utilise des machines de fatigue ultrasonique qui permettent de réaliser un essai de fatigue à une fréquence élevée de 20 kHz. La seconde permet une détermination rapide de limite de fatigue du matériau en étudiant son autoéchauffement sous chargement cyclique. Bien que prometteuses, ces méthodes ne sont pas encore utilisées pour le dimensionnement de pièces de structure dans un cadre normé. Dans ces travaux, les essais de caractérisation rapide ainsi que des essais conventionnels de fatigue sont réalisés sur des nuances matériaux ayant différentes microstructures ou différents niveaux de porosité. Ceci permet d’évaluer la sensibilité de la résistance en fatigue aux variations de porosité ou de microstructure et permet de vérifier que les différentes méthode d’essais capture cette sensibilité
Simulation numérique de la fonderie d’aciers : détermination et optimisation des paramètres de calage pour lesaciers faiblement alliés coulés en moule sable à vert.
No full textThe company SAFE Metal uses digital foundry simulation in its production process to meet the needs of its customers and produce quality steel parts. This tool is used to size mold impressions to obtain flawless parts. However, there are sometimes differences between the results given by the simulation and the parts produced in the factory. This variance often results in additional costs that could be avoided through a simulation closer to reality.The objective of this work is to improve the predictive quality of the simulation of low alloy steel foundry moulded in silico-clay sand.Foundry software developers provide algorithmic tools to digitally reproduce physical phenomena. They also provide a set of data on the materials used in the simulation. There are thus two approaches to try to improve the predictive character of the simulation: either act on algorithms and calculations, or optimize the input data of the software. Whether for the mould or steel, SAFE Metal uses its own materials and therefore wanted to refine the knowledge on these materials whose properties could be transferable to any software in the future.These materials are, during the foundry process, brought to temperatures up to 1630°C, making any measurement relatively complex.With regard to steel, the precise grade was first determined by spark spectrometry, which enabled the CALPHAD method to access the temperature variation of certain physical properties: mass heat capacity, density and latent heat. Regarding thermal conductivity, the law was obtained via JMatPro software and compared to experimental values measured by the «Laser Flash» method.For sand, the mass heat capacity was measured by differential scanning calorimetry (DSC), density by experimental measurement (volume and mass as a function of temperature) and thermal conductivity by heat flux measurement (experience of the semi-infinite plate).All these «corrected» data were then implemented into the NovaFlow&Solid software database to simulate the cooling of a piece of steel in a silico-clay mould. It has been shown that these corrections allow a significant approximation to the experimental curves. This improvement is a necessary prerequisite for the simulation of foundry defects such as rebates and porosities (voids created during solidification of the metal) but it does not yet allow to determine with accuracy the position and the volume of these defects; this remains to be developed in future studies.L’entreprise SAFE Metal utilise dans son processus de production la simulation numérique de fonderie pour répondre aux besoins de ses clients et produire des pièces de qualité en acier. Cet outil sert à dimensionner les empreintes des moules dans le but d’obtenir des pièces exemptes de défauts. Cependant, il est parfois observé des différences entre les résultats donnés par la simulation et les pièces réalisées en usine. Cet écart entraîne souvent des coûts supplémentaires qui pourraient être évités grâce à une simulation plus proche de la réalité.L’objectif de ce travail consiste à améliorer la qualité prédictive de la simulation de fonderie d’acier faiblement allié moulé en sable silico-argileux.Les développeurs de logiciels de fonderie fournissent des outils algorithmiques permettant de reproduire numériquement des phénomènes physiques. Ils mettent également à disposition un ensemble de données concernant les matériaux utilisés dans la simulation. Il existe donc deux approches pour tenter d’améliorer le caractère prédictif de la simulation : soit agir sur les algorithmes et les calculs, soit optimiser les données d’entrée des logiciels. Que ce soit pour le moule ou pour l’acier, SAFE Metal utilise des matériaux qui lui sont propres et a donc souhaité affiner les connaissances sur ces matériaux dont les propriétés pourront être transférables à n’importe quel logiciel à l’avenir.Ces matériaux sont, au cours du processus de fonderie portés à des températures pouvant atteindre 1630°C, ce qui rend toute mesure relativement complexe.En ce qui concerne l’acier, dans un premier temps, la nuance précise a été déterminé par spectrométrie à étincelle, ce qui a permis grâce à la méthode CALPHAD d’accéder à la variation en fonction de la température de certaines propriétés physiques : capacité calorifique massique, masse volumique et chaleur latente. En ce qui concerne la conductivité thermique, la loi a été obtenue via le logiciel JMatPro et comparée à des valeurs expérimentales mesurées par la méthode « Laser Flash ».En ce qui concerne le sable, la capacité calorifique massique a été mesurée par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la masse volumique par mesure expérimentale (volume et masse en fonction de la température) et la conductivité thermique par mesure de flux de chaleur (expérience de « la plaque semi-infinie »).Toutes ces données « corrigées » ont ensuite été implantées dans la base de données du logiciel NovaFlow&Solid pour simuler le refroidissement d’un lopin d’acier dans un moule silico-argileux. Il a été montré que ces corrections permettent de se rapprocher significativement des courbes expérimentales. Cette amélioration est un préalable nécessaire à la simulation de défauts de fonderie tel que les retassures et les porosités (vides créés lors de la solidification du métal) mais elle ne permet pas encore de déterminer avec exactitude la position et le volume de ces défauts ; ceci reste à développer dans de futures études
Optimisation des interfaces entre processus de conception amont et système de production : Elaboration de la méthode DfMMFALApplication à l'industrie hélicopteriste
No full textIndustrial companies want to fully leverage the opportunities offered by the Industry of the Future to reduce lead times and intermediate stocks, improve productivity, and quickly respond to market fluctuations. To achieve this, companies plan to use new digital technologies to optimize their design and production processes for new products. One of the key objectives is to develop products with greater production flexibility, including allowing the assembly of different models on the same production line (MMFAL), as in the automotive industry.However, existing literature presents design and industrialization methods that are not always aligned to optimize production on an MMFAL. Additionally, although it is possible to assemble different models on such production lines, the design practices leading to this have not been formalized. Finally, the necessary skills are not always available given the long period between two developments in the same market segment.Therefore, the objective of this thesis is to propose an upstream design process that facilitates the assembly of a new product on an MMFAL. This objective addresses the following research problem: How can development teams be assisted in designing new products that are compatible with an MMFAL in an optimized way? Based on existing contributions on upstream design processes, our proposed solution to this problem focuses on the development of technical and organizational recommendations for design in preparation for MMFAL assembly.The main contribution of this thesis is the formalization of technical design recommendations for MMFAL: the DfMMFAL method. A research-action approach was adopted to develop this method structured into two main axes: the formalization of knowledge, which retrieves industry-specific details around MMFAL, and the formalization of existing practices, to propose rules and recommendations. The contributions of this research are demonstrated through the experimentation of the DfMMFAL method carried out at Airbus Helicopters.Les entreprises industrielles souhaitent tirer pleinement parti des opportunités offertes par l’Industrie du Futur afin de réduire les délais et les stocks intermédiaires, d’améliorer la productivité et de répondre rapidement aux fluctuations du marché. Pour y parvenir, les entreprises prévoient d’utiliser les nouvelles technologies du numériques pour optimiser leur process de conception et de production de nouveaux produits. L’un des objectifs clés est de développer des produits avec une plus grande flexibilité de production, notamment en permettant l’assemblage de modèles différents sur une même chaîne de production (MMFAL), à l’image de l’industrie automobile.La littérature présente des méthodes de conception et d’industrialisation qui ne sont pas toujours en phase pour optimiser la production sur une MMFAL. De plus, bien qu’il arrive que certains modèles différents soient assemblés sur de telles chaînes de production, les pratiques de conception y ayant conduit n’ont pas été formalisées. Enfin, les compétences nécessaires à l’époque ne sont pas toujours disponibles compte tenu de la longue période entre deux développements d’un même segment du marché.Ainsi, l’objectif de ces travaux de thèse est de proposer un processus de conception amont facilitant l’assemblage d’un nouveau produit en MMFAL. Cet objectif permet de répondre à la problématique de recherche suivante : Comment aider les équipes de développement à concevoir de manière optimisée des nouveaux produits compatibles avec une MMFAL ? En se basant sur les contributions existantes concernant les processus de conception amont, notre proposition de réponse à cette problématique porte sur l’élaboration de recommandations techniques et organisationnelles pour la conception en vue d’un assemblage en MMFAL.L’apport principal de cette thèse est la formalisation de recommandations techniques de conception pour MMFAL : la méthode DfMMFAL. Une démarche de recherche-action a été adoptée pour développer cette méthode structurée en deux grands axes : la formalisation des connaissances, permettant de récupérer les spécificités de l’industrie autour de la MMFAL, et la formalisation des pratiques existantes, pour proposer des règles et des recommandations. Les apports de ces travaux de recherche sont démontrés à travers l’expérimentation de la méthode DfMMFAL réalisée chez Airbus Helicopters
Développement d’un outil de modélisation et d’optimisation pour les éoliennes à double rotor : application à la comparaison avec l’éolien classique
No full textThe production of energy with low greenhouse gas emissions is a major objective of global sustainabledevelopment. One of the promising technologies for achieving this is wind power. The work presented in this manuscript concerns the study of an innovative horizontal-axis wind turbine system with two successive rows of rotors. The main objective is to compare multi-rotor technology with "conventional" wind turbine technology, in order to establish the advantages and disadvantages of each in a given use case. Dual-rotor wind turbines can have the rotors turning in opposite directions (contra-rotating) or in the same direction (co-rotating), which influences the performance obtained.To make this comparison, modeling and optimization tools were developed to compare the technologies as broadly as possible, without any preconceived ideas about the parameters to be set. Following a literature review, the comparison criteria selected were AEP (Annual Energy Production) and turbine mass. The modeling is based on a faithful, fast-resolving aerodynamic model, based on BEM (Blade Element Momentum) theory adapted for two rotors. This aerodynamic model interacts with mechanical, electromechanical and component weight models to describe the behavior of each technology. The models are coupled with a control strategy to provide performance values for thewind turbines modeled in this way. To find instances of each wind turbine technology for comparison, single-objective optimization algorithms (PSO) or unweighted multi-objective optimization algorithms (NSGA-II) were used. The models were validated by comparison with data from the literature and specialized software (Qblade and HELICIEL), and the comparison between technologies was carried out on a case study including a specific statistical wind distribution.La production d'énergie avec de faibles émissions de gaz à effet de serre est un objectif majeur dedéveloppement durable mondial. Une des technologies prometteuses pour y parvenir est l'énergie éolienne. Le travail présenté dans ce manuscrit porte sur l'étude d'un système éolien à axe horizontal innovant avec deux rangées de rotors successives. L'objectif principal poursuivi est de comparer les technologies issues du multi-rotor et la technologie d'éolienne "classique" afin d'établir les avantages et inconvénients d'utilisation de chacune dans un cas d'usage donné. Les éoliennes à double rotor peuvent voir ces derniers tourner en sens opposés (contra-rotatif) ou dans le même sens (co-rotatif), ce qui influence les performances obtenues.Pour effectuer cette comparaison, des outils de modélisation et d'optimisation ont été développés afin de comparer les technologies le plus largement possible sans a priori sur les paramètres à fixer. Après une analyse de la littérature, les critères de comparaison sélectionnés ont été l'AEP (Annual Energy Production) et la masse de l'éolienne. En ce qui concerne la modélisation, cette dernière s'appuie sur un modèle aérodynamique fidèle et de résolution rapide, basé sur la théorie BEM (Blade Element Momentum) adaptée pour deux rotors. Ce modèle aérodynamique interagit avec des modèles mécaniques, électro-mécaniques et de poids de composants afin de décrire le comportement de chaque technologie. Les modèles sont couplés avec une stratégie de pilotage pour fournir les valeurs de performance des éoliennes ainsi modélisées. Pour trouver les instances de chaque technologie d'éolienne en vue d'une comparaison, des algorithmes d'optimisation mono-objectif (PSO) ou multi-objectifs non pondérés (NSGA-II) ont été utilisés. Les modèles ont été validés par comparaison avec des données issues de la littérature et de logiciels spécialisés (Qblade et HELICIEL) et la comparaison entre les technologies a été menée sur un cas d'étude comprenant une distribution statistique de vent spécifique
Recherche du rôle de la communication hippocampo-thalamique-corticale pendant la consolidation de la mémoire et l'expression de la peur.
No full textMemory is a vital component of our daily lives; they store our events and experiences. The process that allows a memory trace to become long-lasting is called memory consolidation.Classic models of memory consolidation posit that the hippocampus has a crucial role in the first phases of memory formation and consolidation while the neocortex takes over later in time. Recently, novel discoveries focused on different thalamic regions (Jankowski et al., 2013; Schlecht et al., 2022), showed that the thalamus may represent a gate hub for hippocampo-cortical communication to form remote memories. The introduction of functional connectomes (Wheeler et al. 2013) studies has been of use for the research of new regions involved in memory processes, and the network of brain areas functionally connected during remote memory recall revealed a strong hippocampo-thalamic-cortical signature.By exploring memory networks based on the analysis of regional functional connectivity, it has been found that the anterodorsal thalamic nucleus (ADn) connectivity with the rest of the brain strongly changes over time, suggesting that ADn inhibition may be necessary for remote memory recall. Vetere et al. (2021) showed, indeed, that inhibitory neurons of the CA3 field of the hippocampus projecting to the ADn were more active during remote memory recall and that their inactivation impaired memory performances.In this thesis, I investigated the role of CA3 to ADn projections and how they impact the formation of recent and remote memory traces by influencing the activity of the anterior cingulate cortex (aCC), a cortical region largely studied for its role in recalling remote memory traces (Frankland et al., 2004; Vetere et al., 2011).In particular, I studied spatial fear memories in mice, by training them in a contextual fear conditioning and then testing their recent (1 day after) or remote (28 days after) memory, by analyzing freezing behavior as a proxy for fear memory. To investigate the real-time contribution of specific projections during memory recall, I used optogenetics to inactivate different projections of this micro-circuit (CA3-ADn-aCC). I used iC++, an inhibitory channelrhodopsin, on a viral promoter that infects excitatory cells, controlled by blue light. At the same time, I analyzed cFos expression, an immediate early gene used as a marker for cellular activity, in the 3 regions described above. I also used fiber photometry combined with optogenetics to detect population-level calcium dynamics as a proxy for neuronal activity in freely behaving mice .I first confirmed that long-term memories are correlating with aCC activation and ADn inactivation, by looking at their cFos activity.I found that: 1. Excitatory CA3-ADn projections also play a role in the recall of remote, but not recent, fear memory; 2. When CA3-aCC projections were inhibited,aCC activity was decreased only at remote time points, disrupting remote, but not recent, memory recall; 3. Interestingly, aCC projections to ADn are necessary for fear memory expression at all times, mediating the recall of both recent and remote fear memories. In fact, when these projections were inactivated, ADn cFos values were suppressed and freezing levels increased.Overall, I found a novel cortico-hippocampo-thalamic pathway that regulates ADn activity during recent and remote recall. These findings bring further insight into the role of hippocampo-thalamic-cortical circuitry during recall of a contextual fear memory. Understanding the mechanisms underlying a fear memory can help further research linked to traumatic memories, such as post traumatic stress disorder, as it can show any differences between the types of memories and therefore potentially highlight new treatments.La mémoire permet de préserver nos événements et nos expériences. Le processus par lequel une trace mnésique devient durable est appelé consolidation de la mémoire.Selon les modèles classiques de consolidation de la mémoire, l'hippocampe joue un rôle crucial dans les premières phases de la formation et de la consolidation de la mémoire; relayé plus tard par le néocortex. Nouvelles découvertes axées sur différentes régions thalamiques ont montré que le thalamus pouvait représenter une plaque tournante pour la communication hippocampo-corticale en vue de la formation de souvenirs à long terme. L'introduction d'études sur les connectomes fonctionnels (Wheeler et al. 2013) a permis la découverte de nouvelles région thalamiques aussi impliquées dans les processus mémoriels.Vetere et al. (2021) ont en effet montré que les neurones inhibiteurs de l’aire CA3 de l'hippocampe se projetant sur l’aire thalamique antérodorsal (ADn) étaient plus actifs lors de la mémorisation et que leur inhibition diminuait les performances de mémorisation.Dans cette thèse, j'ai exploré le rôle des projections de CA3 vers l'ADn et leur impact sur la formation des traces mnésiques récentes et lointaines en manipulant l'activité du cortex cingulaire antérieur (aCC), une région corticale étudiée pour son rôle dans le rappel des traces mnésiques lointaines (Frankland et al., 2004; Vetere et al., 2011).J'ai étudié la mémoire émotionnelle négative spatiale chez les souris, en les entraînant à un conditionnement contextuel à la peur et en testant ensuite leur mémoire récente (1 jour après) ou lointaine (28 jours après), en analysant le comportement dit de ”freezing” en tant qu'indicateur de mémoire. Pour étudier la contribution en temps réel des projections durant le rappel, j'ai utilisé l'optogénétique pour inactiver différentes projections de ce microcircuit (CA3-ADn-aCC) en utilisant channelrhodopsine inhibitrice iC++, contrôlée par la lumière bleue, sur un promoteur viral qui infecte les cellules excitatrices. Parallèlement, j'ai analysé l'activité cellulaire grâce à l'expression de c-Fos, un gène immédiat, dans les 3 régions décrites ci-dessus. J'ai également utilisé la photométrie à fibre combinée à l'optogénétique pour détecter les dynamiques du calcium au niveau de la population pour quantifier l'activité neuronale dans cette région.J'ai d'abord confirmé que les souvenirs à long terme sont corrélés à l'activation de l'aCC et à l'inactivation de l'ADn, en examinant l’expression de c-Fos.J'ai constaté que 1. Lorsque les projections excitatrices CA3-ADn jouent également un rôle dans le rappel des souvenirs émotionnels lointains à valence négative, mais pas les souvenirs récents; 2. Lorsque les projections CA3-aCC sont inhibées, l'activité de l’aCC est diminuée à long terme, perturbant le rappel des souvenirs à long terme mais pas à court terme; 3. Lorsque les projections de l’aCC vers l’ADn sont essentielles à la mémoire mémoire relative à la peur à tout moment, elles sont impliquées dans le rappel des souvenirs de peur à court et long terme. De fait, lorsque ces projections sont inactivées, les valeurs d’expression de c-Fos dans l'ADn sont supprimées et les niveaux de “freezing” augmentent.Dans l'ensemble, j'ai découvert une nouvelle voie cortico-hippocampo-thalamique qui régule l'activité de l'ADn pendant les souvenirs récents et lointains. Ces résultats permettent de mieux comprendre le rôle des circuits hippocampo-thalamiques-corticaux pendant le rappel d'un souvenir contextuel de peur. La compréhension de ces mécanismes contribue à faire avancer la recherche liée aux souvenirs traumatiques, car elle peut mettre en évidence des différences entre les types de souvenirs et mettre potentiellement en évidence de nouveaux traitements
Traitement des DNAPL dans les eaux souterraines par injection de solutions de polymères : étude expérimentale et numérique
No full textThe remediation of soils contaminated with DNAPL (Dense non-aqueous phase liquid) near groundwater is a crucial environmental issue due to the significance of water resources. Injection of polymer solutions into the contaminated zones has been used as a promising method for soil aquifer remediation. The existing literature lacks a comprehensive numerical and experimental examination of the non-Newtonian properties of polymer solutions used for displacing DNAPL in single or multi-layer systems. There's also an underexplored area concerning the reduction of residual DNAPL in layered systems following the primary introduction of a polymer solution. Furthermore, addressing the challenge of density-driven concerns in an unconfined system during polymer injection remains necessary. In order to evaluate the efficiency of this technology, a variety of experimental and numerical analyses has been performed. The non-Newtonian behavior of polymer solutions, along with other chemical substances including suspended particles, surfactant, salt, and alcohols in bulk and in porous media, was examined. The 1-column and 2D-tank as the experimental setups were used for displacement studies, and COMSOL Multiphycics was used for numerical analysis. To address the density-driven issue during the displacement of DNAPL a gravity-driven remediation method is evaluated in which the polymer solution is densified either by suspended barite particles or the salts. The impact of densifying the polymer solution with suspended particles or soluble salt showed that the polymer densification can improve DNAPL displacement efficiency up to 4 times. Deposition of suspended particles in porous media during densified polymer suspension injection was characterized; a reduction in permeability up to 70% was observed. For the case of injection of densified brine polymer solution, densification of polymer solution in 2D two-phase experiments could result in improvement of propagation aspect ratio (ratio of lateral to vertical radius) in the system from 0.38 to 1.2. Two-phase flow numerical simulations in porous media were employed to assess various scenarios during the displacement of DNAPL using polymer solutions. The injection of polymer solution in an unconfined domain has been analyzed experimentally and numerically in order to mimic the conditions as close as possible to a real polluted site. The performance of polymer solutions with and without surfactant on the remediation of a DNAPL-polluted multilayer system has been investigated. 2D experiments revealed that the displacement of DNAPL in multilayer zones was affected by permeability difference and density contrast of fluids in a heterogeneous soil. To minimize the residual saturation of DNAPL in the multilayer system, the efficiency of post-injection mixtures of polymer/alcohol/surfactant was evaluated. Density analysis of the samples obtained from displacement experiments in single-layer column and the multilayer 2D tank shows that the mobilization mechanism can improve the recovery efficiency from 91% (achieved by primary flushing) to 99% in 1D column and from 86% to 94% in 2D tank. This thesis provides the promising results for remediation of real polluted aquifers by DNAPL, by shedding light on the non-Newtonian properties of polymer solutions and considering the impact of density-driven flow on DNAPL displacement in both single-layer and multilayer systems.La dépollution des nappes phréatiques contaminées par les DNAPLs (en anglais, «Dense Non-Aqueous Phase Liquid ») est un enjeu environnemental crucial en raison de l'importance des ressources en eau. L'injection de solutions de polymères constitue une technique prometteuse pour le traitement de ces aquifères. La littérature existante ne dispose pas d'un examen numérique et expérimental complet des propriétés non newtoniennes des solutions polymères utilisées pour déplacer le DNAPL dans des systèmes monocouches ou multicouches. Il existe également un domaine sous-exploré relatif à la diminution du DNAPL résiduel dans les systèmes en couches suite à l'introduction primaire d'une solution de polymère. De plus, il est nécessaire de relever le défi des problèmes liés à la densité dans un système non confiné lors de l’injection de polymère. Diverses analyses expérimentales et numériques ont été effectuées afin d'évaluer l'efficacité de cette technologie. Des essais rhéologiques ont été effectués avec différents types de polymères en solution (sans et avec milieu poreux), ainsi que d'autres substances chimiques incluant les microparticules en suspension, le tensioactif, le sel (iodure de sodium) et les alcools. Une colonne 1D et un bac 2D ont été utilisés pour les études expérimentales de dépollution, et COMSOL Multiphycics a été utilisé pour l'analyse numérique. L'impact de la densification de la solution de polymère avec des particules en suspension ou du sel soluble a été évalué ; il a été démontré que la densification du polymère permet d’améliorer l'efficacité du déplacement du DNAPL jusqu'à un facteur 4. De plus, le dépôt de matières en suspension dans les milieux poreux lors de l'injection de suspension de polymère densifiée a été caractérisé ; une réduction de la perméabilité allant jusqu'à 70% a été observée. Dans le cas de l'injection de solution de polymère densifiée avec de la saumure, la densification de la solution de polymère dans des expériences bidimensionnelles à deux phases entraîne une amélioration du rapport d'aspect (ratio du rayon latéral/ rayon vertical de propagation) dans le système passant de 0,38 à 1,2. Des simulations numériques de l’écoulement diphasique en milieu poreaux ont été réalisées pour évaluer divers scénarios de déplacement des DNAPLs à l'aide de solutions de polymères. L'injection de solution de polymères dans un milieu non confiné a été étudiée expérimentalement et numériquement afin de reproduire les conditions les plus proches possibles d'un site pollué. Les performances des solutions de polymères, avec et sans tensioactif, sur la dépollution d'un système multicouche pollué par des DNAPLs ont été étudiées. Les expériences en bac 2D ont révélé que le déplacement des DNAPLs dans les zones multicouches était affecté par la différence de perméabilité et le contraste de densité des fluides dans un sol hétérogène. Par ailleurs, l'efficacité des mélanges post-injection de polymère/alcool/tensioactif a été évaluée afin de diminuer la saturation résiduelle des DNAPL en milieu hétérogène. Les analyses de la densité des échantillons obtenus à partir des expériences en colonne 1D monocouche et en bac 2D multi couche montrent que le mécanisme de mobilisation peut améliorer l'efficacité de récupération de 91% (atteint par le rinçage primaire) à 99% en colonne 1D, et de 86% à 94% en bac 2D. Cette thèse fournit des résultats prometteurs pour la réhabilitation d'aquifères réellement pollués par DNAPL, en mettant en lumière les propriétés non newtoniennes des solutions polymères et en considérant l'impact de l'écoulement basé sur la densité sur le déplacement de DNAPL dans les systèmes monocouches et multicouches
Simulation quantique pour électrons fortement corrélés avec des atomes neutres : vers une simulation de matériaux d'intérêts
No full textQuantum simulation holds the promise of improving the atomic simulations used at EDF to anticipate the ageing of materials of interest. One simulator in particular seems well suited to modeling interacting electrons: the Rydberg atoms. The first task of this thesis is to design a variational algorithm that can be implemented on a Rydberg atom simulator for chemistry. This algorithm is specially designed for this platform and optimized by recent theoretical tools. We compare our numerical results, obtained with an emulation of a real experiment, with other approaches and show that our method is more efficient. Finally, we show that by limiting the number of measurements to make the experiment feasible on a real architecture, we can reach the fundamental energy of H2, LiH and BeH2 molecules with 5% error.For a second algorithm, we used the "slave" spin method to implement the physics of the Fermi-Hubbard 2D model on a Rydberg atom simulator. The idea is to decouple the degrees of freedom of charges and "slave" spins using a mean field to obtain two self-consistent Hamiltonians: a classically solvable one and an Ising Hamiltonian that can be reproduced on a real machine. We show numerically that we can recover a Mott transition from the initial model with this method even when emulating the noise of a real experiment, and we show that we can also recover the dynamics of non-equilibrium electrons in this same paradigm with good results. Both algorithms can possibly be improved theoretically until they reach materials of interest, but they can also be implemented on today's existing architectures, to achieve a potential quantum advantageLa simulation quantique fait entrevoir la promesse d’améliorer les simulations atomiques utilisées à EDF pour anticiper le vieillissement des matériaux d’intérêts. Un simulateur en particulier semble particulièrement adapté pour modéliser des électrons en interaction : les atomes de Rydberg. Le premier travail de cette thèse est de concevoir un algorithme variationnel implémentable sur un simulateur à atomes de Rydberg pour la chimie. Cet algorithme est spécialement conçu pour cette plateforme et optimisé par des outils théoriques récents. Nous comparons nos résultats numériques, obtenus avec une émulation d’une vraie expérience, avec d’autres approches et montrons que notre méthode est plus efficace. Enfin, nous montrons qu’en limitant le nombre de mesures pour que l’expérience soit réalisable sur une vraie architecture, nous pouvons atteindre l’énergie fondamentale des molécules H2, LiH et BeH2 avec 5% d’erreur.Pour un deuxième algorithme, nous avons utilisé la méthode des spins “esclaves” afin d’implémenter la physique du modèle de Fermi-Hubbard 2D sur un simulateur à atomes de Rydberg. L’idée est de découpler les degrés de liberté de charges et des spins “esclaves” à l’aide d’un champ moyen pour obtenir deux Hamiltoniens auto-cohérents : un résolvable classiquement et un Hamiltonien d’Ising qui peut être reproduit sur un simulateur quantique. Nous montrons numériquement que nous pouvons retrouver une transition de Mott du modèle initial avec cette méthode même en émulant le bruit d’une vraie expérience et nous montrons que nous pouvons aussi retrouver la dynamique des électrons hors équilibre dans ce même paradigme avec de bons résultats. Les deux algorithmes peuvent potentiellement être améliorés théoriquement jusqu’à atteindre des matériaux d’intérêts, mais ils sont aussi implémentables sur les architectures existantes aujourd’hui, pour atteindre un potentiel avantage quantiqu