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Corrélation des flux d’éjectas avec l’hydrodynamique du bain liquide en fabrication additive L-PBF pour alliages d’aluminium
No full textAdditive manufacturing of aluminum alloys is very promising for state of the art components. However, it is still difficult to apply widely in industry because of some limits inherent to aluminum, as well as a lack of knowledge of the physic phenomena involved during the process. The aim of this work is to improve the understanding and the control of the laser-powder bed fusion (L-PBF) process for different aluminum alloys, by using innovative in situ methods. This study focuses on two observables to correlate the laser-matter interaction with the quality of the final parts: the metal spatter and the hydrodynamics of the melt pool. The spatters pollute the surrounding powder bed, which can result in defects. They are observed with a dedicated open L-PBF cell, in a fixed frame reference. An automated and intelligent method is used to analyze the spatters in quantitative and qualitative ways. Pollution rates are evaluated regarding the noxiousness of spatters. These data are then correlated to the hydrodynamic regimes observed in the meltpool. Aluminum alloys designed for additive manufacturing clearly present a different behavior than cast aluminum alloys. This work improves the control methods in L-PBF in order to predict and limit certain defects.La fabrication additive de l’aluminium présente un intérêt majeur pour des pièces à fortes valeurs ajoutées. Certaines limites inhérentes à l’aluminium, ainsi qu’un manque de connaissance des phénomènes physiques mis en jeu au cours du procédé, ralentissent son industrialisation à grande échelle. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la compréhension et la maîtrise du procédé de fabrication additive sur lit de poudre (L-PBF) pour différents alliages d’aluminium, en utilisant des méthodes innovantes d’observation in situ. Cette étude se concentre sur deux observables : les éjections de métal (éjectas ou scories) et les comportements hydrodynamiques du bain liquide, afin de faire le lien entre l’interaction laser-matière et la santé matière des pièces construites. Les éjections de métal liquide contaminent le lit de poudre environnant, générant dans certains cas des défauts. L’observation in situ de ces éjectas est réalisée dans un référentiel fixe sur un banc laser instrumenté. Une méthode numérique intelligente et automatisée permet ensuite d’analyser le flux de particules à la fois qualitativement et quantitativement. Des taux de pollution sont évalués en fonction de la nocivité des éjectas. Ces données sont ensuite mises en parallèle avec les comportements hydrodynamiques du bain liquide. Il apparaît clairement des différences entre des alliages de fonderie et des alliages dédiés à la fabrication additive. L’étude de ces observables de l’interaction laser-matière contribuera à l’amélioration des méthodes de contrôle en L-PBF afin, à terme, de prédire et limiter certains défauts
Biodiversité et fonctionnalités de la flore lactique autochtone des produits laitiers fermentés de chèvre au Liban
No full textIn Lebanon, the production of traditional fermented goat milk products is carried out in a limited number of production units, with a real risk of extinction of these products and loss of their microbial resources. This thesis aims to study the biodiversity and functionalities of native lactic acid bacteria isolated from three products: Ambriss, Serdaleh and Labneh El Darff. 34 samples were collected and characterized by culture-dependent analyses and using metagenetic and metagenomic tools. Serdaleh revealed a co-dominance of L. kefiranofaciens and L. lactis, in a viable but not cultivable state. This composition is evocative of that of kefir grains, even if L. kefiranofaciens differed considering EPS producing genes. L. lactis strains possessed a plasmid with an antibiotic multi-resistance island. Labneh El Darff displayed a dominance of L. delbrueckii, probably due to the addition of Laban. The presence of zoonotic pathogens was also detected. The technological properties of 40 isolates have been studied. Acidification activity of Enterococcus, Lactococcus genera, and L. rhamnosus and P. acidilactici species was quite similar,by considering the other species. . Low apparent viscosity was observed for all isolates. Syneresis strongly varied according to the species (low for L. diolivorans but high for L. plantarum). Up to 17 aromas were produced by the isolates, including 6 volatile fatty acids, 4 alcohols, 3 ketones, 2 furans, one carbonyl compound and one ester. Their production varied according to the isolates, L. lactis LL01 and L. diolivorans LD46 being the most productive in aroma compounds. Finally, most of the isolates were resistant to gastrointestinal stress, L. kefiranofaciens and L. brevis species being the most resistant ones. Finally, most of the isolates were resistant to gastrointestinal stress, L. kefiranofaciens and L. brevis species being the most resistant ones. In conclusion, these results allowed to highlight the strains L. plantarum LP14 and LP15 that can be retained for the production of Serdaleh or Ambriss, and the strains L. diolivorans LD44 and LD45 that are good candidates for traditional Lebanese goat cheese production.Au Liban, la production de produits fermentés traditionnels à partir de lait cru de chèvre est réalisée par un petit nombre de producteurs, avec un vrai risque de disparition de ces produits et de perte de leur microflore. Cette thèse vise à étudier la biodiversité et les fonctionnalités des bactéries lactiques isolées des trois produits : Ambriss, Serdaleh et Labneh El Darff. 34 échantillons ont été collectés. Leur composition a été déterminée par des analyses culture-dépendantes et à l'aide d'outils métagénétiques et métagénomiques. Les résultats diffèrent selon les produits. Le Serdaleh révèle une codominance de L. kefiranofaciens et L. lactis qui se trouve dans un état viable mais non cultivable. Cette composition évoque celle des grains de kéfir, bien que L. kefiranofaciens se différencie par les gènes codant pour la production d'EPS. Les souches de L. lactis possèdent un plasmide portant des gènes de résistance aux antibiotiques. Le Labneh El Darff présente une dominance de L. delbrueckii, provenant probablement du Laban. Plusieurs pathogènes zoonotiques ont aussi été détectés. Les propriétés technologiques de 40 isolats ont été étudiées. L'activité acidifiante des entérocoques, lactocoques et des souches de L. rhamnosus et P. acidilactici est similaire, alors qu'elle est plus variable au sein des autres espèces. L'étude des propriétés physiques des laits fermentés montre que certaines souches conduisent à une forte fermeté (E. durans LD50, L. diolivorans LD47), tandis que d'autres génèrent des gels très cohésifs (L. paracasei LP12, L. kisonensis LKN28, L. brevis LB36, E. durans ED65). Une faible viscosité apparente a été observée pour tous les isolats. Le degré de synérèse varie beaucoup selon les espèces (faible chez L. diolivorans mais élevée chez L. plantarum). 17 composés d'arômes ont identifiés dans les cultures des souches: 6 acides gras volatils, 4 alcools, 3 cétones, 2 furanes, un composé carbonylé et un ester. Leur production diffère selon les souches, les isolats L. lactis LL01 et L. diolivorans LD46 générant les plus fortes quantités de composés d'arôme. Enfin, la plupart des isolats sont résistants au stress gastro-intestinal, les espèces L. kefiranofaciens et L. brevis étant les plus résistantes. Finalement, ces travaux ont permis de mettre en valeur les souches L. plantarum LP14 et LP15 pour être sélectionnées comme ferments pour la production de Serdaleh ou d'Ambriss, et les souches L. diolivorans LD44 et LD45 qui pourront être valorisées pour la fabrication de fromages de chèvre traditionnels Libanais
Étude du rôle de la végétation dans l'atténuation de la surchauffe urbaine
No full textThis work focuses on the role of vegetation in the city from a thermal point of view, aiming to understand how plants can moderate urban overheating. First, the main experimental studies and models describing the effects of vegetation on urban heat island mitigation are reviewed. We then focus on two physical phenomena that emerge from the literature - that of ground shading and evapotranspiration - by attempting to formalize their effects on the reduction of sensible heat transferred to the air and by seeking to define more precisely the notion of cooling. To do so, we rely on the surface energy balances commonly used in urban meteorology at the city or district scale to adapt them to a smaller scale, that of a tree. We propose a simple analytical model, decomposing the impact of the tree on the air temperature into three contributions: the sensible heat flux of the non-evaporating tree intrinsic to its geometry (deducible from the radiation absorbed by its geometry), the reduction of the sensible heat flux of the leaves due to their transpiration, and the reduction of the sensible heat flux of the soil due to its shading by the vegetation. The relative weight of these three terms determines whether, for given environmental conditions, the tree is warming the air, cooling it relatively (compared to an urban situation where the tree would be absent) or cooling it absolutely. Then, we seek to estimate these three contributions. For the first one, we use the interface Helios to simulate the radiative exchanges within a vegetation whose 3D geometry is explicitly represented. For the next two, we measure them using an original experimental device, which is an elastic gridshell made of composite materials used to support climbing plants. The challenges of the design and fabrication of this type of structures are then exposed. We then analyze the data collected to evaluate the effects of evaporation and shading provided by this prototype. A life cycle assessment of the vegetated structure, aiming at evaluating the potential environmental impacts caused by the realization of this example of urban furniture, concludes the manuscript.Ce travail s'intéresse au rôle joué par la végétation en ville d'un point de vue thermique, dans l'optique de comprendre de quelle manière les végétaux peuvent modérer la surchauffe urbaine. Les principales études expérimentales et les modèles utilisés pour décrire les effets de la végétation sur l'atténuation des îlots de chaleur urbains sont d'abord passés en revue. Nous nous concentrons ensuite sur deux phénomènes physiques qui ressortent de la littérature - celui de l'ombre au sol et de l'évapotranspiration - en tentant de formaliser leurs effets sur la réduction de chaleur sensible transférée à l'air et en cherchant à définir plus précisément la notion de rafraîchissement. Pour cela, nous nous appuyons sur les bilans énergétiques de surface couramment employés en météorologie urbaine à l'échelle de la ville ou du quartier pour les adapter à une échelle plus petite, qui est celle de l'arbre. Nous en proposons alors un modèle analytique simple, décomposant l'impact de l'arbre sur la température de l'air en trois contributions : le flux de chaleur sensible de l'arbre non-évaporant intrinsèque à sa géométrie (déductible du rayonnement absorbé par sa géométrie), la réduction du flux de chaleur sensible des feuilles due à leur transpiration, et la réduction du flux de chaleur sensible du sol due à son ombrage par la végétation. Le poids relatif de ces trois termes permet de déterminer si, pour des conditions environnementales données, l'arbre est en train de réchauffer l'air, de le refroidir de manière relative (par comparaison avec une situation urbaine où l'arbre serait absent) ou de le refroidir de manière absolue. Nous cherchons ensuite à estimer ces trois contributions. Pour la première, nous utilisons l'interface Helios afin de simuler les échanges radiatifs au sein d'une végétation dont la géométrie en 3D est représentée explicitement. Pour les deux suivantes, nous les mesurons au moyen d'un dispositif expérimental original, qui est un gridshell élastique en matériaux composites servant de support à des plantes grimpantes. Les enjeux de la conception et de la réalisation de ce type de structures sont exposés. Nous analysons ensuite les données recueillies afin d'apprécier les effets de l'évaporation et de l'ombrage procurées par ce prototype. Enfin, une analyse de cycle de vie de la structure végétalisée, visant à évaluer les impacts environnementaux potentiels causés par la réalisation de cet exemple de mobilier urbain, conclut le manuscrit
Design génératif d'assemblages séquentiels interverrouillés
No full textIn the context of sustainable construction in a circular economy, demountable wooden buildings represent an interesting research perspective. The question of reuse, i.e. the best possible reuse of the finished products resulting from the dismantling of buildings, requires that the building not be demolished, which makes it impossible to use nails or any other assembly devices of the same type. On the other hand, the elimination of modern metal assemblies common in wooden structures greatly reduces the carbon footprint of the building. Concerning their environmental impact, wooden assemblies offer much better prospects than their metal counterparts. However, few modern buildings are built without metal; for example, the Louis Vuitton Foundation is extremely consumer of metal products even though it clearly states the ambition to make it out of wood. Designing demountable structures and buildings is an ancient problem: some Austrian chalets are 500 years old, and the oldest inn in the world, the Nishiyama Onsen Keiunkan in Japan, was built in 705! their longevity is due to their demountability: when a part of the structure ages and begins to show signs of weakness, it is partially dismantled and replaced by new ones. Thus, element after element, these structures have withstood the test of time and are still functional today. What could be more sustainable than a 1300-year-old old building still in operation? The question also arises on the other hand: what to do with a 30- or 50-year-old building which, as the city and society change, has reached its expiration date and is no longer used? Here again, the question of dismantling and reusing its structural elements as much as possible for new projects (which potentially greatly reduces their environmental footprint) is part of a sustainable construction approach. Finally, with recent and future advances in robotic construction, the cost and time of manufacturing such assemblies will likely become increasingly competitive with their modern counterparts, both in economical and ecological terms. This PhD project ambitions to participate in the reflection on interlocking assemblies by exploring the feasible space of such assemblies and building generative tools to design them.Dans le contexte de la construction durable dans une économie circulaire, les bâtiments démontables en bois représentent une perspective de recherche intéressante. La question du réemploi, c'est-à-dire de la meilleure réutilisation possible des produits finis issus du démantèlement des bâtiments, nécessite que le bâtiment ne soit pas démoli, ce qui rend impossible l'utilisation de clous ou de tout autre dispositif d'assemblage du même type. D'autre part, l'élimination des assemblages métalliques modernes courants dans les structures en bois réduit considérablement l'empreinte carbone du bâtiment. En ce qui concerne leur impact environnemental, les assemblages en bois offrent de bien meilleures perspectives que leurs homologues métalliques. Cependant, peu de bâtiments modernes sont construits sans métal ; par exemple, la Fondation Louis Vuitton est extrêmement consommatrice de produits métalliques, même si elle affiche clairement l'ambition d'être réalisée en bois. Concevoir des structures et des bâtiments démontables est un problème ancien : certains chalets autrichiens ont 500 ans, et la plus vieille auberge du monde, le Nishiyama Onsen Keiunkan au Japon, a été construite en 705 ! Leur longévité est due à leur démontabilité : lorsqu'une partie de la structure vieillit et commence à montrer des signes de faiblesse, elle est partiellement démontée et remplacée par une nouvelle. Ainsi, élément après élément, ces structures ont résisté à l'épreuve du temps et sont encore fonctionnelles aujourd'hui. Quoi de plus durable qu'un bâtiment vieux de 1300 ans toujours en activité ? D'un autre côté, la question se pose également : que faire d'un bâtiment vieux de 30 ou 50 ans qui, avec l'évolution de la ville et de la société, a atteint sa date de péremption et n'est plus utilisé ? Là encore, la question du démantèlement et de la réutilisation maximale de ses éléments structurels pour de nouveaux projets (ce qui permet potentiellement de réduire fortement leur empreinte environnementale) s'inscrit dans une démarche de construction durable. Enfin, avec les progrès récents et futurs de la construction robotisée, le coût et le temps de fabrication de tels assemblages deviendront probablement de plus en plus compétitifs par rapport à leurs homologues modernes, tant en termes économiques qu'écologiques. Ce projet de thèse a pour ambition de participer à la réflexion sur les assemblages par emboîtement en explorant l'espace de faisabilité de tels assemblages et en construisant des outils génératifs pour les concevoir
Caractérisation des propriétés physico-chimiques de surfaces d'acier par imagerie hyperspectrale
No full textDuring steel sheets manufacturing, the addition of alloying elements to the steel to improve its mechanical performancecan cause the formation of layers of selective oxides at the surface. These layers significantly impact the surface propertiesof the steel sheets, which renders their detection an essential task. In this PhD study, we present a novel methodologybased on hyperspectral measurements to detect the presence of surface layers of selective oxides on steel sheets. Hyperspectralsensors have the ability to measure the reflectance of the steel surface over a large spectral band of theelectromagnetic spectrum, usually in the infrared range. However, due to their limited spatial resolution, the observedreflectance spectra usually mixes the contribution of several elementary oxides. A first step toward the surface characterizationis therefore to identify the elementary oxides contributing to the hyperspectral observations, a task referred to ashyperspectral unmixing in the literature. In our case, a major difficulty is that the optical model describing the formation ofthe electromagnetic wave coming onto the sensors is strongly nonlinear. In this PhD study, we propose two distinct approachesto alleviate this difficulty relying on sparse regression methods and supervised learning methods, respectively.Au cours du procédé de fabrication des tôles d’acier, l’incorporation d’éléments d’alliage à l’acier pour améliorer sesperformances mécaniques peut entraîner la formation de couches d’oxydes sélectifs en surface. La formation de cescouches peut avoir un impact significatif sur les propriétés de surface des tôles d’acier, ce qui rend leur détection essentielle.Dans ce travail de thèse, nous présentons une nouvelle méthode basée sur des observations hyperspectralesvisant à détecter la présence de couches oxydées à la surface des tôles. Les capteurs hyperspectraux permettent demesurer la réflectance de la surface à caractériser sur une large bande du spectre électro-magnétique, généralementdans la gamme infrarouge. Cependant, du fait de la résolution spatiale limitée des capteurs, les spectres de réflectanceobservés mélangent la contribution de plusieurs oxydes élémentaires. Une étape essentielle en vue de caractériser lachimie des surfaces étudiées est donc d’identifier les oxydes élémentaires contribuant aux observations, une tâche appeléeséparation de sources hyperspectrales dans la littérature. Dans notre cas, une difficulté majeure est que le modèleoptique décrivant la formation de l’onde électromagnétique arrivant sur les capteurs est fortement non linéaire. Danscette thèse, nous proposons deux approches distinctes pour pallier cette difficulté faisant respectivement appel à desméthodes de régressions parcimonieuse et d’apprentissage supervisé
De l'action collective pour relier transitions digitales et écologiques : Modéliser et expérimenter une nouvelle forme de co-design entre fournisseurs de données d'observation de la Terre et utilisateurs inconnusModelling and experimenting a new form of co-design between Earth-observation data providers and unknown users
No full textIn the face of contemporary socio-environmental challenges, our current models of society are increasingly faced with their own limits. Consequently, organisations and individuals are led to explore new forms of collective action spanning current organisational and sectorial boundaries. In this context, the use of “co-design” has been flourishing in the last years to respond to the need of organising intricate innovative and collective processes requiring the involvement of multiple actors. However, these efforts prove to be eminently challenging. Indeed, it involves bridging people who usually evolve in highly different spheres, who have very little in common, and who might not be even aware of the existence of one another. In other words, the actors seem separated by a form of “grand distance”, making them appear as largely unknown to each other. In such conditions, collective action seems nowhere near guaranteed, if even possible.The thesis contributes to eliciting under which conditions and which forms co-design can help organise collective action in these situations of grand distance. In particular, the thesis proposes a model of co-design named “resilient-fit”, that has been built and experimented in the field of Earth Observation (EO), where the issue of grand distance unfolds in a particularly extreme way. Indeed, numerous actors outside the historical EO community could benefit from EO data, such as municipalities seeking to develop tools for climate change adaptation or pollution mitigation, but also companies involved in the development of renewable energies. However, these potential users remain mostly unknown by EO data providers at the outset.The results of this research are analysed at three different levels (micro, meso, macro), each being the focus on one academic paper. Drawing on these results, the resilient-fit co-design model is characterised according to four dimensions: the methods and tools supporting the co-design process (‘technical substratum’); the overall purpose which co-design is aimed at (‘management philosophy’); the characteristics and roles of the actors involved (‘organisational relations’); and the underlying design mechanisms (‘reasoning logic’).By eliciting the resilient-fit co-design model, the thesis shows that co-design can indeed help organise collective action even in extreme situations of grand distance where collective action seems highly improbable, provided that co-design adequately takes into account the issue of grand distance. Although further efforts are still needed, the resilient-fit co-design model has already been largely praised by practitioners of the EO field. More broadly, it also offers multi-fold perspectives for management researchers and practitioners, suggesting new forms of collective action in times of digital and sustainability transitions.Nos modèles de société sont aujourd’hui remis en question par de grands défis sociaux et environnementaux. Ces difficultés poussent notamment à explorer de nouvelles formes d’action collective, qui dépassent les frontières habituelles entre organisations et secteurs. C’est dans ce contexte que le « co-design » (ou co-conception) connait aujourd’hui un fort engouement, répondant notamment au besoin d’organiser des processus collectifs de conception impliquant de multiples acteurs. L’organisation de tels processus s’avère néanmoins particulièrement complexe. Il s’agit en effet de relier des acteurs qui évoluent dans des sphères différentes, qui n’ont que peu d’intérêts communs, et qui peuvent même ignorer leur existence respective. Autrement dit, ces acteurs semblent être séparés par une forme de « grande distance », apparaissant ainsi comme largement inconnus les uns des autres. Dans de telles conditions, une quelconque action collective semble loin d’être assurée, voire même envisageable.Cette thèse contribue à éclairer dans quelles conditions et sous quelles formes le co-design peut aider à organiser de l’action collective dans des situations de grande distance. En particulier, la thèse propose un modèle de co-design à « haute résilience ». Ce modèle a été construit et expérimenté dans le domaine de l’observation de la Terre, où la problématique de grande distance se pose de manière particulièrement aiguë, entre fournisseurs de données d'observation de la Terre et de potentiels utilisateurs. En effet, de nombreux acteurs pourraient bénéficier de ces données, comme des municipalités explorant des outils d'adaptation au changement climatique ou de réduction de la pollution de l'air; ou encore des entreprises impliquées dans le développement des énergies renouvelables. Ces potentiels utilisateurs restent néanmoins encore largement inconnus des fournisseurs historiques de données d'observation de la Terre.Les résultats de cette recherche ont été formalisés dans trois papiers académiques, chacun correspondant à un niveau d’analyse spécifique (micro, méso, macro). Ces résultats ont permis de caractériser le modèle de co-design à « haute résilience » selon quatre dimensions : ses méthodes et outils (« substrat technique »), son objectif cible (« philosophie gestionnaire »), les rôles et caractéristiques des acteurs impliqués (« relations organisationnelles »), et les mécanismes de conception à l’œuvre (« raisonnement de conception »).La thèse confirme ainsi que le co-design peut organiser de l’action collective même dans des situations de grande distance extrême où cela paraît a priori hautement improbable, à condition que le modèle de co-design prenne bien en compte cette problématique de grande distance. Le modèle de co-design à haute résilience a déjà de fortes retombées pratiques dans le domaine de l’observation de la Terre. Ce modèle ouvre également de nombreuses perspectives quant à l’organisation de nouvelles formes d’action collective, notamment dans l’optique de relier transitions digitales et écologiques
Métrologie fonctionnelle par imagerie 3D et apprentissage de jumeaux numériques : application à la fatigue thermo-mécanique dans les superalliages monocristallins
No full textSome environments, such as high-pressure turbines in aircraft engines, impose severe thermomechanical conditions. To withstand these stresses, turbine blades are designed with complex geometries, high-performance materials and cooling systems. These parts are manufactured by an investment casting process with directed solidification to obtain single crystal superalloy. However, the process' nature can lead to geometrical variations in the parts dimensions. In the case of tolerance limits, it induces a specific and unitary treatment called derogation. They are known to be very time consuming and modern techniques based on Digital Twins could allow a speed up. We propose to answer this problem within the framework of this thesis with a methodology of Functional Metrology.The innovation of this approach is to juxtapose all the information available through measurements, experimental data and simulation models in order to link the geometric variance of real parts to their lifetimes. To build the method, complex specimens with variable geometries were designed and manufactured in a foundry. A scan of these specimens is performed by tomography and the measurement of the material orientation is associated with it. With an adapted method, a mesh of sufficient quality for the simulations is generated from the segmented volume. A thermomechanical lifetime simulation model is applied, where the behavior is calculated by crystal plasticity. This model was recalibrated on thermomechanical fatigue tests with gradients developed and performed at the Materials Center. Model hyper-reduction techniques are then used in order to reduce the calculation time. They also propose a learning method to predict the lifetime of a new real part, without replaying the whole calculation chain. To do so, a Mesh Morphing algorithm has been implemented in order to find a single dimensional space to use the non-linear model order reduction. The latter is realized via a dictionary approach in order to approximate a non-linear space by a set of linear reduced models.Certains environnements, tels que les turbines à haute pression des moteurs aéronautiques, imposent des conditions thermomécaniques sévères. Afin de résister à ces sollicitations, les aubes de turbines sont conçues avec des géométries complexes, des matériaux performants ainsi que des systèmes de refroidissement. Ces pièces sont fabriquées par voie de fonderie à cire perdue à solidification dirigée en superalliage monocristallin. Cependant, la nature du procédé peut induire des variations géométriques des cotes des pièces induisant, dans les cas hors tolérance, un traitement spécifique et unitaire appelé dérogation. Ces traitements sont actuellement très chronophages et des techniques modernes basées sur les approches dites de Jumeaux Numériques, pourraient permettre de les accélérer. Nous proposons de répondre à cette problématique dans le cadre de cette thèse avec une méthodologie de Métrologie Fonctionnelle.L'innovation de cette approche est donc de pouvoir juxtaposer l'ensemble des informations disponibles au travers des mesures, données expérimentales et modèles de simulation afin de lier la variance géométrique des pièces réelles à leurs durées de vie. Pour construire la méthode, des éprouvettes complexes à géométries variables ont été conçues et fabriquées en fonderie. Une numérisation de ces éprouvettes est réalisée par tomographie et on y associe la mesure de l'orientation matérielle. Avec une méthode adaptée, un maillage de qualité suffisante pour les simulations est généré depuis le volume segmenté. Un modèle de simulation thermomécanique de durée de vie est appliqué, où le comportement est calculé par plasticité cristalline. Ce modèle a été recalé sur des essais de fatigue thermomécanique à gradients développés et réalisés au Centre des Matériaux. Des techniques d'hyper-réduction de modèle sont ensuite utilisées afin de diminuer les temps de calculs. Elles proposent de plus une méthode d'apprentissage afin de prédire la durée de vie d'une nouvelle pièce réelle, sans rejouer l'ensemble de la chaîne de calculs. Pour ce faire, un algorithme de Mesh Morphing a été implémenté afin de trouver un espace de dimension unique pour utiliser la réduction d'ordre de modèle non-linéaire. Cette dernière est réalisée via une approche par dictionnaire afin d'approximer un espace non-linéaire par un ensemble de modèles réduits linéaires
Développement d'une stratégie d'estimateur d'erreur de modèle et application à l'adaptation de modèle multi-échelle
No full textHomogenized models are often used in multiscale analysis of composite materials because of their computational efficiency. However they frequently fail to provide sufficient accuracy in regions with considerable gradients in solution fields. One approach to overcome this issue is to adaptively couple the homogeneous model with a full field, heterogeneous model in selected zones of interest which need to be determined somehow. For this purpose, I have proposed a new modeling error estimate based on a higher-order asymptotic homogenization method associated with an original general boundary layer correction, shown to provide accurate estimation of heterogeneous fields even for cases with a weak scale separation between the characteristic lengths of the heterogeneities and the structural problem. This modeling error estimation quantifies the terms neglected by classical first-order homogenization, which become significant for weak separation of scales. An original multiscale coupling strategy is also developed to more effectively couple the homogeneous and heterogeneous domains as a step toward hierarchical modeling of elastic heterogeneous structures.Les modèles homogénéisés sont souvent utilisés dans l'analyse multi-échelle des matériaux composites en raison de leur efficacité de calcul, cependant ils ne fournissent souvent pas une précision suffisante dans les régions présentant des forts gradients dans les champs de solution. Une approche pour surmonter cette difficulté est de coupler de manière adaptative le modèle homogène avec un modèle hétérogène dans des zones d'intérêt identifiées. J'ai développé un nouvel estimateur d'erreur de modélisation afin de détecter ces régions où le raffinement du modèle de matériau est nécessaire. Cet estimateur est formulé en se basant sur la méthode d'homogénéisation asymptotique d'ordre supérieur associée à une correction originale des effets de bords que j'ai proposée. En effet, il est démontré que l'homogénéisation d'ordre supérieur fournit une estimation précise des champs hétérogènes même dans les cas où la séparation d'échelle entre les longueurs caractéristiques des hétérogénéités et le problème structurel est faible. Cette estimation de l'erreur de modélisation quantifie la différence entre une estimation d'ordre supérieur introduisant l'effet des gradients macroscopiques et une estimation classique de premier ordre. Une stratégie de couplage adéquate est également développée pour coupler efficacement les domaines homogènes et hétérogènes, constituant une étape vers la modélisation hiérarchique des structures élastiques hétérogènes
Modélisation SPH et validation expérimentale des processus de remplissage et de solidification de la coulée rapide par gravité d'AlSi13
No full textThe simulation of gravity sand casting process is complex and involves multiscale and multiphysics phenomena. Even though some commercial software is available, it is difficult to predict the filling dynamic when coupled with cooling, solidification, and the induced defects. In particular, oxidation prediction requires tracking the fluid front where oxidation forms, so their motion afterward in the melt is complex with mesh-based methods. Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian simulation approach that is particularly well adapted to model the filling step of casting. Metal is modeled by free-moving particles of SPH approach, allowing reliable prediction of fluid flow incorporating complex free surface motion. This thesis aims to develop SPH approach to examine the filling, cooling, and solidification phases of rapid gravity casting of AlSi13. SPH numerical results of filling, cooling and solidification are validated experimentally and compared with commercial software (ProCAST).The initial step in achieving this thesis's goal is developing 2D casting SPH code, which was developed initially by LIFSE laboratory. Firstly, this SPH code is developed during this thesis in 2D to model the filling, cooling, and solidification processes of sand gravity casting. In order to analyze 2D gravity casting SPH code for a closed system, an experimental test case is specifically designed. Secondly, the SPH code is upgraded to 3D, and the numerical results of filling, cooling and solidification are studied in the case of a more realistic 3D casting and compared to experiment. Finally, the upgraded 2D and 3D validated SPH code provides the basis for future prediction of casting defects such as oxidation.La simulation du processus de coulée en sable par gravité est complexe et implique des phénomènes multi-échelles et multi-physiques. Même si certains logiciels commerciaux sont disponibles, il est difficile de prévoir la dynamique de remplissage lorsqu'elle est couplée au refroidissement, à la solidification et aux défauts causés. En particulier, la prédiction de l'oxydation nécessite de suivre le front de fluide où se forme l'oxydation, donc leur mouvement par la suite dans la masse fondue est complexe avec les méthodes basées sur le maillage. La méthode ''smoothed particle hydrodynamics'' (SPH) est une approche de simulation lagrangienne qui est particulièrement bien adaptée pour modéliser l'étape de remplissage de la coulée. Le métal est modélisé par des particules en mouvement libre dans l'approche SPH, ce qui permet une prédiction fiable des écoulements fluides incorporant des mouvements complexes de surface libre. Cette thèse a pour objectif de développer l'approche SPH pour examiner les phases de remplissage, de refroidissement et de solidification de la coulée rapide par gravité d'AlSi13. Les résultats numériques SPH du remplissage, du refroidissement et de la solidification sont validés expérimentalement et comparés avec un logiciel commercial (ProCAST).L'étape initiale pour atteindre l'objectif de cette thèse est le développement du code SPH de coulée en 2D, qui a été développé initialement par le laboratoire LIFSE. Tout d'abord, ce code SPH est développé au cours de cette thèse en 2D pour modéliser les processus de remplissage, de refroidissement et de solidification de la coulée par gravité en sable. Pour analyser le code SPH de la coulée par gravité en 2D pour un système fermé, un cas test expérimental est spécifiquement désigné. Ensuite, le code SPH est amélioré en 3D, et les résultats numériques du remplissage, du refroidissement et de la solidification sont étudiés dans le cas d'une coulée 3D plus réaliste et comparés à l'expérience. Enfin, le code SPH validé en 2D et 3D fournit la base pour la prédiction future des défauts de coulée tels que l'oxydation
Réseaux de diffraction multicouches efficaces sur une large bande passante dans l'extreme ultraviolet
No full textRecently, the development of high-density multilayer optical gratings has allowed for increased efficiency and spectral resolution in the extreme ultraviolet (EUV) spectral range, enabling the realization of ultra-high-resolution spectrometers and spectro-imagers for solar observation. This thesis presents an experimental and modeling study of high-density EUV multilayer gratings to optimize diffraction efficiency in a wavelength range from 17nm to 30nm. This work is part of the development of a EUV spectro-imager for the Japanese Solar-C mission. The magnetron sputtering technique was used to deposit Al/Mo/SiC multilayers optimized for various wavelength ranges on lamellar gratings (~4000 lines/mm) with depths ranging from 5nm to 20nm. All samples were characterized before and after multilayer deposition using atomic force microscopy (AFM) and grazing incidence X-ray reflectometry (GIXR) at 8.05 keV. The evolution of the surface profile with an increasing number of deposited layers was observed through AFM measurements and confirmed by cross-sectional analysis using transmission electron microscopy. The EUV diffraction efficiency of the multilayer gratings was measured in different orders using synchrotron radiation (XUV metrology beamline of the SOLEIL synchrotron). The obtained results are in excellent agreement with numerical simulations performed using rigorous coupled-wave analysis (RCWA), incorporating the structural parameters determined by AFM and GIXR. The measured first-order efficiency at normal incidence reached 8.1% in the spectral range of 17-21 nm, surpassing the efficiency of the grating used in the previous Solar B mission. Moreover, the use of aperiodic multilayer stacks on the grating demonstrated high efficiencies over an extended wavelength range. This work paves the way for the development of high-performance instruments for EUV spectroscopy with increased resolution or spectro-imaging applications.Récemment le développement de réseaux optiques multicouches à forte densité de traits a permis d'augmenter l'efficacité et la résolution spectrale dans le domaine spectral extrême ultraviolet (EUV) permettant la réalisation de spectromètres à ultra-haute résolution et des spectro-imageurs pour l'observation solaire. Cette thèse présente une étude expérimentale et de modélisation de réseaux multicouches EUV à haute densité de traits afin d'optimiser l'efficacité de diffraction dans une gamme de longueur d'onde s'étendant de 17nm à 30 nm. Ce travail se situe dans le cadre du développement du spectro-imageur EUV de la mission japonaise Solar-C. La technique de pulvérisation cathodique magnétron a été utilisée pour déposer des multicouches Al/Mo/SiC optimisées pour diverses plages de longueur d'onde sur des réseaux lamellaires (~4000 traits/mm) avec des profondeurs comprises entre 5 et 20 nm. Tous les échantillons ont été caractérisés avant et après le dépôt des multicouches par microscopie à force atomique (AFM) et par réflectométrie de rayons X en incidence rasante (GIXR) à 8,05 keV. L'évolution du profil de surface avec l'augmentation du nombre de couches déposées a été observée grâce aux mesures AFM, et confirmée par l'analyse de coupes transversales par microscopie électronique en transmission. L'efficacité de diffraction dans l'EUV des réseaux multicouches a été mesurée dans différents ordres sur rayonnement synchrotron (ligne de métrologie XUV du synchrotron SOLEIL). Les résultats obtenus sont en excellent accord avec les simulations numériques, obtenues par une analyse rigoureuse en ondes couplées (RCWA), qui incorporent les paramètres structuraux déterminés par AFM et GIXR. L'efficacité au premier ordre mesurée en incidence normale a atteint 8.1% sur la plage spectrale 17-21 nm ce qui est supérieure à l'efficacité du réseau utilisé dans la précédente mission Solar B. De plus, l'utilisation d'empilement multicouche apériodique sur le réseau a montré des efficacités élevées sur une plage de longueur d'onde étendue. Ce travail ouvre la voie au développement d'instruments aux performances accrues pour la spectrométrie EUV à haute résolution ou les applications de spectro-imagerie