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Étude d'un couplage thermodynamique/transfert de matière dans un écoulement diphasique sous haute pression en microsystème
No full textThe aim of the thesis concerns the study of mass transfer performance under high-pressure (P> 7 MPa) within a two-phase segmented flow comprising carbon dioxide. Mass transfer is determined indirectly by measuring the CO2 transferred between the two phases along the microreactor. Calculation of the mass transfer coefficient allows the performances in such two-phase systems to be quantified. However, a literature study has shown that the models formulated under ambient conditions for calculating the mass transfer coefficients are not well adapted to high pressure flows. This is due to the fact that the physical properties of the fluids change with pressure. In this thesis work, a microfluidic platform was fabricated that allows two-phase flow at high pressure to be studied using optical techniques. Two experimental method - a colorimetric method and a Raman spectroscopy method - have been developed in order to indirectly measure the amount of CO2 exchanged between the two phases along a two-phase flow. The classical model for calculating mass transfer coefficients has been adapted to take into account the effects of pressure. This model and the experimental methods were applied to the CO2 - H2O system to determine the local liquid-side mass transfer coefficient.L'objectif général de la thèse concerne l'étude des performances de transfert de matière sous haute pression (P > 7MPa) au sein d'un écoulement diphasique comportant du dioxyde de carbone, par une mesure indirecte des quantités de soluté et/ou de CO2 échangées entre les deux phases et ceci le long du microréacteur. Le calcul de coefficients de transfert de matière permet de quantifier ces performances dans de tels systèmes diphasiques. Cependant, une étude bibliographique a montré que les modèles de calcul de ces coefficients, formulés à des conditions ambiantes, ne sont pas adaptables à la haute pression, du fait du changement des propriétés physiques des fluides en présence. Lors de cette thèse, une plateforme microfluidique permettant l’étude d’écoulement diphasique à haute pression, tout en gardant un accès optique à l’écoulement, a été fabriquée. Deux méthodes expérimentales ont été développées, une méthode de colorimétrie et une méthode de spectroscopie Raman, afin de mesurer de manière indirecte les quantités de CO2 échangées entre les deux phases le long d’un écoulement diphasique. Le modèle classique de calcul de coefficients de transfert de matière a été repensé pour prendre en compte les effets de la pression. Ce modèle ainsi que les méthodes expérimentales ont été appliquées au binaire CO2 - H2O afin de déterminer le coefficient de transfert de matière dans la phase liquide de l’écoulement et au long du microcanal
Planification systématique de la conservation basée sur les contraintes, une approche générique et expressive : application à l'aide à la décision pour la conservation des forêts de Nouvelle-Calédonie
No full textIn the context of the global biodiversity crisis, human activities are the principal cause of natural habitat degradation, fragmentation, and destruction. Globally, the species extinction rate has reached an unprecedented level in human history and about one million species are nowadays threatened with extinction (according to the last Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services -- IPBES -- report). Conservation biology is a multidisciplinary research area which attempts to address the current biodiversity crisis challenges. The development of practical approaches to promote conservation and reduce the research-implementation gap is one of its objectives. Last decades, systematic conservation planning (SCP) emerged in this direction as a framework relying on optimization and computer science research. Its main target is to provide decision support in the planning of conservation actions through the integration of ecological targets along with socio-economical constraints.In this PhD thesis, we introduced a formal approach for modelling and solving SCP problems based on constraint programming, a method from artificial intelligence based on automated reasoning. The main motivation of this approach was to provide more expressiveness into SCP (i.e. extend the breadth and variety of problems that users can represent and solve), notably through the integration of advanced spatial constraints and landscape indices. Formal approaches are often more demanding to implement and scale up than heuristic approaches. However, they provide satisfiability and optimality guarantees on the produced solutions. The insights offered by these guarantees can substantially improve the quality of decision support.We evaluated the methods developed in this thesis on real data from New Caledonian forests. As the smallest biodiversity hotspot in the world, New Caledonia has to struggle with many conservation challenges. Moreover, the developed, insular and low populated New Caledonian context allows high proximity between conservation stakeholders, which makes it an appropriate field of study to experiment novel approaches. We illustrated this particularity through a real case study, conducted in close collaboration with the managers of the ``Côte Oubliée – ‘Woen Vùù – Pwa Pereeù'' provincial park. In this study, we aimed to provide decision support in a reforestation project, with an emphasis on reducing fragmentation and improving structural connectivity. Overall, we demonstrated the genericity, flexibility, and expressiveness of the constraint-based approach to SCP. Our results also opened new perspectives for decision support in New Caledonia, systematic conservation planning, and constraint programming.A l'ère de la crise mondiale de la biodiversité, les activités humaines sont la principale cause de dégradation, de fragmentation et de destruction des habitats naturels. À l'échelle mondiale, le taux d'extinction des espèces a atteint un niveau sans précédent, et environ un million d'espèces sont aujourd'hui menacées d'extinction (selon le dernier rapport de la plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques -- IPBES). La biologie de la conservation est un domaine de recherche multidisciplinaire qui tente de relever les défis de cette crise. Le développement d'approches pratiques promouvant la conservation tout en réduisant le fossé entre la recherche et l'implémentation est l'un de ses objectifs. Ces dernières décennies, la planification systématique de la conservation (PSC) a émergé dans cette direction comme un cadre reposant sur l'optimisation et l'informatique. Son principal objectif est de fournir une aide à la décision dans la planification des actions de conservation en intégrant les objectifs écologiques avec les contraintes des gestionnaires.Dans cette thèse de doctorat, nous avons introduit une approche formelle pour modéliser et résoudre des problèmes de PSC basée sur la programmation par contraintes, une méthode issue de l'intelligence artificielle et basée sur le raisonnement automatique. La motivation principale de cette approche était d'apporter plus d'expressivité à la PSC (i.e. d'accroître l'étendue et la variété des problèmes qui peuvent être représentés et résolus), notamment par l'intégration de contraintes spatiales avancées et d'indices du paysage. Les approches formelles sont souvent plus exigeantes à implémenter et à transposer à large échelle que les approches heuristiques. Cependant, elles fournissent des garanties de satisfaction et d'optimalité sur les solution produite qui peuvent améliorer considérablement la qualité de l'aide à la décision.Nous avons évalué les méthodes développées dans cette thèse sur des données réelles issues des forêts de Nouvelle-Calédonie. Point chaud de la biodiversité, la Nouvelle-Calédonie doit faire face à de nombreux défis pour la conservation de sa biodiversité. De plus, le contexte développé, insulaire et peu peuplé de cet archipel permet une grande proximité entre les différents acteurs de la conservation, ce qui en fait un terrain d'étude approprié pour expérimenter de nouvelles approches. Nous avons illustré cette particularité à travers un cas d'étude menée en étroite collaboration avec les gestionnaires du parc provincial de la "Côte Oubliée - Woen Vùù - Pwa Pereeù". Dans cette étude, nous avons fourni une aide à la décision dans un projet de reforestation, en mettant l'accent sur la réduction de la fragmentation et l'amélioration de la connectivité structurelle. Dans l'ensemble, nous avons démontré le caractère générique, la flexibilité et l'expressivité de l'approche basée les contraintes appliquée à la PSC. Nos résultats ont également ouvert de nouvelles perspectives pour l'aide à la décision en Nouvelle-Calédonie, la PSC, et la programmation par contraintes
Multi-scale analysis of the generated damage when machining pockets of 3D woven composite for repair applications using abrasive water jet process: Contamination analysis
No full textInternational audienceRepair of damaged aircraft structural parts is a regular maintenance activity carried out to preserve airworthiness while being economically viable. Conventional repair techniques used have negative impact on the repair quality and environment due to dust emission. For eliminating aforementioned problem, this study investigates controlled depth abrasive water jet (AWJ) milling for repair procedure of 3D woven CFRP composite structures used in the new aircraft engine developed by Safran Aircraft Engines. The aim is to identify and quantify the damage and surface contamination induced by AWJ milling. For this, the influence of milling parameters on the damage and surface contamination is investigated through full factorial experimental study. Several characterisation techniques like 3D optical profilometry, Scanning Electron Microscopy and X-ray tomography combined with image processing were used for a multi-scale analysis of the machined surface damage and contamination. In fact, the machining quality was quantified using an innovative criterion called “crater volume” (Cv). The obtained results have shown surface contamination by embedded abrasive particles and presence of bare and broken fibres, cracks, craters. The results show that the rate of contamination is influenced by the jet pressure and the scan step and the Cv is influenced by the jet exposure time
Determination of mass transfer coefficients in high-pressure two-phase flows in capillaries using Raman spectroscopy
No full textInternational audienceThis study presents a method for the experimental determination of local volumetric mass transfer coefficients kLaL in a high-pressure two-phase flow of water (H2O) and carbon dioxide (CO2) in a micro-capillary using Raman spectroscopy. H2O and CO2 are continuously and co-currently fed at high pressure (8, 9 and 10 MPa) and moderate temperature (303 K) into a fused silica micro-capillary. A segmented two-phase flow is obtained therein and the fraction of CO2 in the water-rich phase is measured in-situ at different points along the capillary using Raman spectroscopy. A modified Henry’s law is used to compute the equilibrium compositions of the water-rich phase at the desired pressure and temperature. A mixture density model is used to convert the fraction of CO2 in the water-rich phase into a CO2 concentration. The volumetric liquid mass transfer coefficient is computed at various axial locations along the capillary, from the contacting zone to the end of the capillary. Experimentally derived kLaL values range between 2.10−3 and 5.10−3 s−1
Understanding the torrefaction of woody and agricultural biomasses through their extracted macromolecular components. Part 1: Experimental thermogravimetric solid mass loss
No full textInternational audienceThe behavior of biomass in torrefaction is determined by that of its macromolecular components, as well as by the biomass type. However, up to now, commercial compounds were typically used for modelling biomass torrefaction. This work proposes to assess the behavior of cellulose, hemicelluloses and lignin in torrefaction through extracted fractions directly isolated from woody and agricultural biomasses (ash-wood, beech, miscanthus, pine and wheat straw) thanks to an optimized extraction procedure. The solid kinetics of these extracted fractions were analyzed through thermogravimetric analysis (TGA) in chemical regime conditions (200–300 °C at 3 °C·min−1 followed by 30 min at 300 °C). These experiments highlighted the influence of the biomass type and the sugar composition in the degradation of the polysaccharide fractions in torrefaction, particularly for hemicelluloses. Furthermore, the degree of preservation of the native structure of the macromolecular components, when extracting them from biomass, seems also having an impact their behavior, especially for cellulose. The comparison of the torrefaction solid kinetic profiles of these extracted fractions, dependent on the biomass type, to that of commercial compounds from previous studies suggest that these extracted fractions would be more suitable for biomass torrefaction modelling
Contribution à l’étude des échanges thermiques aux interfaces pour les procédés de formage à chaud : développement de moyens de mesure de l’émissivité et de la résistance thermique de contact (RTC) à haute température
No full textThe present work deals with the high temperature heat transfers involved in sheet/die contact within hot forming processes. The investigated heat ranges lie between 600°C and 1000°C while the study materials are namely TA6V and Inconel 625 (for the sheet) and AISI 310 stainless steel and refractory concrete (for the die). Under such industrial configuration, the heat transfers can be split in two steps: i) a gap closing phase during which the radiative property of the contact pair prevail and ii) a solid contact phase during which the conductive properties are involved and more precisely the thermal contact resistance (TCR). This twostep approach allows a separate investigation of both phenomena which are herein studied by the mean of two dedicated experimental means: a) The gap closing phase is studied through an emissivity measurement setup dedicated to high temperature. The chosen setup is inspired from elliptical oven setups. Its features include a heating rate over 11°C/s and a maximal in-service temperature of 1250°C. The related measurement instruments selection and design are also part of the presented work. The metrological aspects along with the uncertainty quantification are performed through the use of a reference material: pure platinum. This latter has proven worthy by its ability to sustain very high temperature while remaining free from oxidation. In addition, platinum’s optical properties are well documented throughout the scientific literature which provides solid comparisons with other published results. Finally, the construction of an emissivity database is presented for the two sheet materials of the study: TA6V and INCONEL 625. b) The solid contact phase is studied through a second tailor made experimental setup dedicated to TCR measurements. The proposed features include the ability to study metal contact pair (AISI 310 vs. TA6V/INCONEL 625) or ceramic vs. metal contact (Concrete vs. TA6V/INCONEL 625) for temperature as high as 800°C. The whole setup can be inserted within a classical tensile device in order to load the contact interfaces at stress levels similar to those involved in metal forming processes (here up to 4MPa). In practice, a circular sample cut from the studied sheet metals is clasped in between two cylindrical bars made of AISI 310 or concrete. The upper bar is then heated up by the mean of a resistive oven in order to generate a directional heat flux throughout the material interfaces. A suited measurement instrumentation then allows the assessment of the TRC for each contact pair for temperature ranging from 450°C to 800°C and pressure ranging from 0.1MPa to 4MPa. The results obtained from these two setups have built up a material database that was then use to simulate industrial hot forming operations. The process parameters retrieved from these simulation were used as input in an actual forming process and has led to the successful manufacturing of four parts all of which satisfying the quality requirements in term of geometry and microstructure.Les travaux présentés ici concernent les échanges de chaleur entre une tôle métallique et un moule en béton réfractaire ou en acier inoxydable sont abordés pour des températures comprises entre 600 et 1000°C, voire plus. Ces échanges sont décomposés en deux étapes : une phase d’approche sans contact dite radiative qui nécessite la détermination des propriétés radiatives des solides en présence puis une phase avec contact : détermination d’une Résistance Thermique de Contact (ou « RTC ») à haute température. Pour décrire ces deux étapes, deux nouveaux moyens expérimentaux ont été étudiés et développés :a) Un banc de mesure directe de l’émissivité à chaud a été développé afin d’étudier la phase sans contact. Une enceinte elliptique utilisant le principe d’un four à images a permis d’obtenir des températures élevées (jusqu’à 1250°C) ainsi que des vitesses de chauffe élevées (>11°C/s) sur les échantillons à caractériser. Une instrumentation permettant de réaliser des mesures d’émissivité spectrale et totale a également été développée. La méthodologie de mesure a été validée en choisissant le platine comme matériau de référence, de par sa bonne stabilité chimique, la faible dépendance de ses propriétés avec la température et des propriétés bien documentées. L’émissivité du TA6V et de l’Inconel 625 en fonction de la température ([600 ; 1000]°C) et du temps de chauffage (jusqu’à 5 heures) a ensuite été étudiée. b) Le développement d’un banc de mesure de la RTC à haute température a permis quant à lui d’étudier la phase avec contact. Ce moyen a pour objectif de mesurer la RTC entre des couples de matériaux métal/métal (TA6V ou Inconel 625 /Inox 310) ou métal/céramique (TA6V ou Inconel 625 /Béton réfractaire) pour des pressions allant jusqu’à 4MPa. L’approche adoptée a été de disposer une pastille métallique représentant la tôle (TA6V ou Inconel 625) entre deux barreaux représentant l’outil (Inox 310 ou béton réfractaire), eux-mêmes, amarrés à une machine de traction. Le chauffage a été réalisé en introduisant le barreau supérieur dans un four résistif porté à 1000°C maximum. L’instrumentation du barreau inférieur a permis de déterminer le flux de chaleur conductif traversant ainsi que sa température de surface, ce qui a permis de mesurer la RTC sur une gamme thermique comprise entre 450 et 800°C et une gamme de pression de contact comprise entre 0,1 et 4MPa. Les résultats obtenus à l’aide de ces deux bancs peuvent être intégrés dans des simulations numériques de formage, pour calculer des recettes de lampes. Ces valeurs ont conduit au formage réussi de de 4 tôles successives en TA6V avec de bonnes conformités géométriques et microstructurales
Tensile Behavior of Air Plasma Spray MCrAlY Coatings: Role of High Temperature Agings and Process Defects
No full textInternational audienceMCrAlY coatings generally exhibit a brittle mechanical behavior below 600°C. When exposed at elevated temperatures, the microstructure of such coatings evolves, leading to an increasing content of c phase, i.e., the ductile phase, and a decreasing content of b phase, i.e., the brittle phase. Therefore, the evolution of the mechanical properties of such environment-protective materials is worth of investigation. In the present study, a b-c NiCoCrAlY coating was processed by air plasma spray (APS) technology. 150 lm-thin freestanding specimens were prepared then aged in an oxidative atmosphere at high temperatures (950 ºC up to 1150 ºC) for different durations to simulate in-service degradation of the coatings. Microtensile testings were conducted at room temperature for all the aging variants and the mechanical properties of the aged specimens were found to evolve as follows: (i) an increase in both Young's modulus and tensile strength and a loss in ductility for aging temperatures below 1050°C, (ii) a decrease in Young's modulus and a gain in ductility for aging temperatures above 1050°C, and (iii) a significant scatter in mechanical properties for high temperature agings. The low ductility observed for high temperature agings was related to intruded oxides developing during the aging treatment, heterogeneously distributed in the volume of the coating. The gain in ductility was mainly attributed to the b-phase decrease, the loss in interconnection between b phases compared to the as-received microstructure and a topological inversion of the b-c microstructure
Nanocellulose Based Aerogels for Varying Engineering Applications
No full textInternational audienceNanocellulose is a sustainable, renewable and eco-friendly nanomaterial with fascinating properties like high strength, low density, high specific surface area, high aspect ratio etc. Nanocellulose surface comprises of large number of hydroxyl groups which facilitates a wide range of surface chemistries and can be tailored for specific applications. These properties of nanocellulose suggests huge potential for various engineering applications. This unique property makes them as a promising candidate for various applications. Now a days, the innovative nanocellulose aerogels have gained substantial attention in the scientific community due to their renewability, good mechanical properties, low density, high porosity, natural biodegradability, and environmental friendliness. These attractive properties facilitate the use of nanocellulose aerogels in various environmental and engineering applications. This article reviews recent attempts to apply nanocellulose aerogels as efficient materials for water purification, air filtration, flame retardancy, oil absorption etc
Caractérisation des organisations et des réseaux émergents pour détecter et anticiper les opportunités de collaboration
No full textThe concept of collaborative networks is encountered very frequently these days as a response to the need to adapt and enhance business performance in this tremendously competitive commercial environment. A considerable body of knowledge has been gathered in the field of collaborative networks so far, from defining types of network and partnership levels to proposing models for partnership developments. But most of these efforts have not addressed a very vital obstacle, which is the difficulty of detecting and predicting collaboration possibilities between enterprises. There is a need for enterprises to outline, assemble and build their collaborations and optimize their partnership choices for as much mutual benefit as possible. Thus, the aim of this research is to propose a solution for suggesting potential collaboration candidates between enterprises to help improve their businesses and to benefit from each other as much as possible. This solution is based on a periodic table of industrial types. This table contains KPI classifications as well as defined collaboration types. An explanation of the characterization of an enterprise/organization profile, collaboration benefits, limitations, and types of collaboration networks is also included. Finally, an illustrative case is used to formulate and discuss the steps for collaboration detection.Le concept de réseaux collaboratifs est très fréquemment rencontré ces jours-ci en réponse à la nécessité d'adapter et d'améliorer la performance des entreprises dans cet environnement commercial extrêmement concurrentiel. Un corpus considérable de connaissances a été accumulé jusqu'à présent dans le domaine des réseaux collaboratifs, de la définition des types de réseaux et des niveaux de partenariat à la proposition de modèles de développement de partenariats. Mais la plupart de ces efforts n'ont pas abordé un obstacle très vital, qui est la difficulté de détecter et de prévoir les possibilités de collaboration entre les entreprises. Il est nécessaire que les entreprises définissent, assemblent et construisent leurs collaborations et optimisent leurs choix de partenariat pour autant d'avantages mutuels que possible. Ainsi, le but de cette recherche est de proposer une solution pour suggérer des candidats potentiels de collaboration entre entreprises pour aider à améliorer leurs activités et à profiter au maximum les unes des autres. Cette solution est basée sur un tableau périodique des types industriels. Ce tableau contient les classifications des KPI ainsi que les types de collaboration définis. Une explication de la caractérisation d'un profil d'entreprise / organisation, des avantages de la collaboration, des limites et des types de réseaux de collaboration est également incluse. Enfin, un cas illustratif est utilisé pour formuler et discuter des étapes de détection de collaboration