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Interactions fatigue-fluage-oxydation du Ti-6242S : étude expérimentale et modélisation du comportement mécanique de la zone affectée par l’oxydation
No full textIn a world where we seek to optimize costs, both economic and environmental, reducing the mass of structures is promising. The use of thin walls and lighter alloys such as titanium can lead to significant mass gains. Nevertheless, the high solubility limit of oxygen for these alloys limits their operating temperature. In this work, oxidation behavior of a Ti6242S alloy was studied between 538 and 650°C. Different characterization methods were used to determine the diffusion of oxygen in the alloy. These data allowed us to define pre-oxidation heat treatments, which were used to get targeted oxygen-enriched zones on the specimens for mechanical tests. These tests were carried out at 450 and 550°C on thin specimens (0.1 to 1 mm thick) to characterize the tensile behavior of the oxygen-enriched zone. Young's modulus measured increases linearly with the proportion of the area affected by oxygen diffusion. Tests on thin samples also highlighted the antagonistic effects of a hardening effect due to the oxygen enriched zone and an embrittlement effect (macroscopic softening and loss of ductility) induced by crack network development. Fatigue tests were carried out also at 450 and 550°C on samples submitted to different pre-oxidation and cycling conditions. The reduction of service fatigue life increases with the proportion of the section affected oxidation. A metallurgical ageing of the material was also highlighted for the longest oxidations. The presence of feathers-like structures impacting strain and crack localization was evidenced on thin samples. Finite element calculations have been performed to model mechanical behavior of pre-oxidized specimens as this mechanical behavior depends on the local oxygen contents. By inverse calculation, taking into account the real oxygen content gradient, it is possible to investigate the local mechanical behavior as a function of the oxygen content as well as the core-shell effect (core discharge / skin overload). This point is important for the fatigue design of components that oxidize in service and for which the oxygen affected area increases during the operating period.Dans un monde où l’on cherche à optimiser les coûts aussi bien économiques qu’environnementaux, la réduction de la masse des structures représente une voie attractive. L’utilisation de parois minces, d’alliages plus légers comme ceux du titane peuvent y contribuer. Néanmoins, la forte limite de solubilité de ces alliages avec l’oxygène en limite la température d’utilisation. Dans cette thèse, le comportement en oxydation d’un alliage Ti-6242S a été étudié entre 538 et 650 °C. Différentes méthodes de caractérisation ont été utilisées pour y préciser la diffusion de l’oxygène. Cette première partie des travaux a permis de définir des traitements thermiques de pré-oxydation conduisant aux zones enrichies en oxygène souhaitées sur les éprouvettes des essais mécaniques réalisés à 450 et 550°C. Des tests ont, d’une part, été réalisés sur éprouvettes minces (0,1 à 1 mm d’épaisseur) pour caractériser le comportement en traction de la zone enrichie en oxygène et, d’autre part, des essais de fatigue ont été conduits pour différentes conditions de pré-oxydation et de cyclage (surcharge initiale, temps de maintien). Une augmentation du module d’Young proportionnelle à la fraction de la section affectée par l’oxydation (ZAP) a été mise en évidence ainsi que les effets antagonistes d’un durcissement dû à la zone enrichie et d’un effet fragilisant (macroscopiquement adoucissant) induit par la création d’un réseau de fissures. Un vieillissement métallurgique du matériau a également été mis en évidence pour les oxydations les plus longues ainsi que le rôle de plumes intervenant dans la localisation de la déformation et de la fissuration après pré-oxydation. L’abattement de la durée de vie en fatigue augmente avec la ZAP. Des calculs éléments finis ont été réalisés de ces éprouvettes pré-oxydées qui présentent un gradient de comportement afin, par calcul inverse, d’investiguer le comportement local fonction de la teneur en oxygène ainsi que l’effet cœur coquille (décharge du cœur /surcharge de la peau). Cette surcharge est importante pour le dimensionnement en fatigue pour un composant s’oxydant significativement en service
Efficience et résilience de la planification des opérations de maintenance d'un réseau de distribution d'eau
No full textThe maintenance of critical infrastructure networks such as water distribution networks requires complex planning processes. Preventive maintenance, which consists in monitoring and ensuring the proper functioning of infrastructure and equipment, within known timeframes and on a tactical scale, is mixed with reactive maintenance, which consists in intervening as early as possible in the face of disruptions and unforeseen malfunctions, on an operational scale. The aim of this thesis is to provide a research framework for analyzing the levers for improving planning processes, through efficiency and resilience indicators.Thanks to the business expertise provided by the players involved in the Veolia Eau Sud-Ouest case study, the requirements in terms of planning maintenance operations are defined, modeled, compared with other routing problems in the literature, and formalized in the form of Mixed Integer Linear Program (MILP). The resulting optimization problem is a variant of the Vehicle Routing Problem (VRP), with many additional constraints, and is not yet studied as such in the literature.This formalization enables the development of algorithmic resolution approaches. Three methods are proposed. One aims to reproduce the current planning processes in a local department of Veolia Eau Sud-Ouest. Calibrated and validated with field experts, it will be used as a theoretical basis of comparison for the other two. The second is an adaptation of the Ant Colony System meta-heuristic, widely used in the literature for solving large routing problems. Finally, the last one is a new Cluster-first, Route-second (CFRS) approach which decomposes the initial planning problem into two sub-problems formalized in PLNE. In the first stage, clusters are formed, assigning each maintenance worker a set of tasks to be carried out on each day. In a second step, precise routes are created within each cluster. Several versions of this approach are modeled, depending on the planning horizon considered.The results obtained on the various indicators using different experimental designs show that a substantial gain can be obtained by using the CFRS approach, and particularly for the consideration of due date compliance. They also show that it is possible to use an algorithmic approach which takes into account all the constraints of the industrial problem, can be applied to instances of realistic size, in a deterministic context (definition of forecast schedules) as well as in a dynamic context (re-planning when emergencies occur).La maintenance des réseaux d'infrastructures critiques tels que le réseau de distribution d'eau nécessite des processus complexes de planification. La maintenance préventive, qui consiste à surveiller et assurer le bon fonctionnement des infrastructures et équipements, dans des délais connus à l'avance et à une échelle tactique, est mêlée à la maintenance réactive qui consiste à intervenir au plus tôt face à des perturbations et des dysfonctionnements imprévus, à une échelle opérationnelle. Cette thèse a pour objectif d'apporter un cadre de recherche pour analyser les leviers d'amélioration des processus de planification, au travers d'indicateurs d'efficience et de résilience. Grâce à l'expertise métier apportée par les acteurs du cas d'étude de Veolia Eau Sud-Ouest, les besoins en termes de planification des opérations de maintenance sont définis, modélisés, comparés à des problèmes de tournées similaires dans la littérature, et formalisés dans un modèle de Programmation Linéaire en Nombres Entiers (PLNE). Le problème d'optimisation résultant est une variante du Vehicle Routing Problem (VRP), ou Problème de Tournées de Véhicules, avec de nombreuses contraintes additionnelles, et qui n'est pas encore étudié tel quel dans la littérature. Cette formalisation permet le développement d'approches de résolutions algorithmiques. Ainsi, trois méthodes sont proposées. L'une a pour objectif de reproduire les processus actuels de planification dans un service local de Veolia Eau. Calibrée et validée avec les experts métiers, elle servira de base de comparaison théorique pour les deux autres. La deuxième est une adaptation de la métaheuristique de Système de Colonies de Fourmis, largement utilisée dans la littérature pour résoudre de grands problèmes de tournées. Enfin, la dernière est une nouvelle approche de type Cluster-first, Route-second (CFRS) qui décompose le problème de planification initial en deux sous-problèmes formalisés en PLNE. Dans un premier temps, des clusters sont formés, qui attribuent à chaque agent de maintenance et à chaque jour un ensemble d'interventions à réaliser. Dans un deuxième temps, les tournées précises sont créées au sein de chaque cluster. Plusieurs versions de cette approche sont modélisées, selon l'horizon de planification considéré. Les résultats obtenus sur les différents indicateurs au moyen de différents plans d'expérience montrent qu'un gain substantiel peut être obtenu en utilisant l'approche CFRS, et particulièrement sur la prise en compte des dates butoirs. Ils montrent également qu'il est possible d'utiliser une approche algorithmique qui prend en compte l'ensemble des contraintes du problème industriel, peut être appliqué sur des instances de taille réaliste, et dans un contexte déterministe (définition de plannings prévisionnels) comme dynamique (re-planification lors de l'arrivée d'urgences)
Impact of various feed configurations in continuous mixing of segregating powder mixtures
No full textInternational audienc
Simulation of the cooling machine for the Drop-in in order to improve the energetics performances
No full textInternational audienc
Questioning the relevance of using Physical Internet for managing autonomous train shuttles in rural areas
No full textInternational audienceCurrent logistics and transportation activities are unsustainable in the long run, prompting several authors to focus their efforts on developing solutions. However, the majority of the proposed solutions are aimed toward a more urban setting, disregarding rural or sparsely populated areas since they present numerous and difficult challenges.In this context, the EU adopted a strategy based on the Physical Internet paradigm to achieve a sustainable logistics and transportation system by 2050. One solution focuses on the reuse of railway lines that are currently underutilized or unaffected by the introduction of autonomous shuttles that transport passengers and small packages. However, no analysis of the capacities provided by the Physical Internet for the application of these shuttles has been conducted to date. As a result, the purpose of this article is to conduct an analysis of the challenges and opportunities of the rural context, as well as the potential solutions offered by the Physical Internet to address them
Améliorer l’apprentissage sur les piles à combustible hydrogène grâce à un scénario de réalité virtuelle
No full textInternational audienceTo be competitive in a global market where competition is sometimes distorted by local aid, European companies must be innovative and flexible. They must therefore be able to count on competent and responsive staff capable of adapting to the various workstations. The initial and continuous training of personnel is therefore a crucial need today. The arrival on the market of AR (Augmented Reality) and VR (Virtual Reality) technologies makes it possible to imagine new training models. This is especially relevant when dealing with renewable energies, such as hydrogen, which are called to play a crucial role in the current energy transition. The work carried out in this study consists of offering novice users a set of educational scenarios and an virtual reality device for handling a fuel cell didactic bank test for hydrogen utilization. In a first scenario, the students rebuild a fuel cell by correctly assembling the different components. A second scenario make them draw the polarization curve and studying the influence of the operating conditions of fuel cell management, namely temperature and current or tension piloting of the fuel cell. A first work carried out on a small group of students tests the autonomy of the users with this new device. A second experiment carried out on first-year engineering school students and master students made it possible to quantify usability using a standardized SUS questionnaire.The results show that the level of usability varies from good to excellent, regardless of whether the user has used a VR headset before. They also validate the transmission of technical skills from post-bac learning levels (French Licence Pro and BTS) to Master level through the cooperative work of students from different disciplines, from technicians to engineers. To obtain this result, the observed criterion is the effective assembling of the fuel cell system, the evaluation of the security risks associated to hydrogen and the piloting of a fuel cell system in an autonomous manner. The global work in progress aims at providing relevant training scenarios for the training and the use of fuel cells
Production de catalyseurs biosourcés pour élimination de NOx, WGS et RWGS
No full textThis work proposes an innovative approach to the production, characterization and use of biocarbon catalysts for energy and environment-related applications, in order to reduce the cost and impact of the commercial catalysts currently in use. The work developed here promotes a circular economy approach in the way that plants from phytoremediation have been used for the production of eco-friendly biocarbon catalysts. They were used for the production of energy vectors such as hydrogen by direct and reverse water-gas shift reaction (WGS and RWGS respectively), as well as for the decomposition of NOx pollutants (deNOx). Biocarbon catalysts were produced from willow and fern with a controlled metal content introduced by wet impregnation before or after pyrolysis at 800°C to imitate hyperaccumulation (>3 g metal/kg biocarbon) in a porous carbon support. The resulting catalysts were tested in deNOx, as well as WGS and RWGS reactions, and the associated experimental equipments were developed and optimized during this thesis work. They were characterized in terms of composition, structure and thermal stability, before and after use. For the three reactions, the catalysts showed high selectivity and conversion, facilitated by the catalytic metals whose activity was enhanced by the inherent metals. The presence of surface oxygen functions and a high specific surface area (3 g métal /kg biocarbone) dans un support carboné poreux. Les catalyseurs ainsi produits ont été testés pour les réactions de deNOx, ainsi que dans WGS et RWGS, et les dispositifs expérimentaux associés ont été développés et optimisés pendant la thèse. Ils ont été caractérisés en termes de composition, structure et stabilité thermique, ceci avant et après utilisation. Pour les trois réactions, les catalyseurs ont montré une sélectivité et une conversion élevées et maintenues dans les conditions de réaction, facilitées par le contenu en métaux catalytiques dont l'activité a été renforcée par les métaux inhérents. La présence de fonctions oxygénées de surface et d'une surface spécifique élevée (<419 m²/g) ont amélioré l'adsorption et la dissociation des gaz réactifs grâce à des sites supplémentaires formés par réduction et à une meilleure activité électronique. Avec ces caractéristiques, les catalyseurs biosourcés ont montré des performances meilleures que celles de catalyseurs références de la littérature en raison d'une meilleure stabilité ou activité catalytiques (conversion maintenue pour plus de 120h, énergie d'activation entre 0.5 et 186 kJ/mol, constante cinétique entre 1.9 x 10^-9 et 4.3 x 10^12. Le catalyseur de saule imprégné au Ni avant pyrolyse et le catalyseur bimétallique (Ni/Fe) de fougère ont montré les meilleures performances pour les réactions de deNOx, et RWGS et WGS, respectivement
Étude de l'interaction fluide-structure d'un renfort mat avec une résine thermoplastique
No full textInternational audienceThe aim of this work was to study the compression behavior of a mat reinforcement. The compaction stages of the dry and wet reinforcement and its relaxation over time as a function of several pressure levels have been characterized with a custom-designed bench. The compression behavior of the reinforcement can be modeled by a power law. The coefficients of the law are changing with the rupture of the fibers during compression. The study of the reinforcement compressibility enables an optimized composite manufacturing, to obtain materials without porosity and without increasing the thickness induced by a polymer excess.L’objectif de ce travail est d'étudier le comportement en compression d'un renfort de type mat. Les étapes de compression du renfort sec et lubrifié et sa relaxation au cours du temps en fonction de plusieurs niveaux de pression ont été caractérisées à l'aide d'un banc conçu pour l’étude. Le comportement en compression du renfort peut être modélisé par une loi de puissance. Les coefficients de la loi varient en fonction de la rupture des fibres pendant la compression. L'étude de la compressibilité du renfort permet d'optimiser la fabrication des composites, d'obtenir des matériaux sans porosité et sans augmentation de l'épaisseur induite par un excès de polymère
Etude de l'application d'une approche d'aide à la décision basée sur les principes de la physique classique pour la gestion des risques et des opportunités des supply chains dans leur cockpit immersif de pilotage de la performance
No full textDue to their complex networked nature of diverse interconnected and interdependent actors, supply chains have never been more prone and fragile to instability, which has been generated by a massive increase in natural and man-made disasters over the past decades and is becoming the norm. It has become impossible to ignore and eliminate the instability that exists. Being able to cope with this instability becomes an inescapable challenge and a strong expectation of managers. To meet this need, our works study the applicability of the Physics of Decision (PoD) approach, an innovative approach to decision support based on the laws of motion of classical physics. In this approach the focus is on developing a theoretical and mathematical framework to model the impact of risks and opportunities disrupting a supply chain as physical forces, deviating it like an object from its performance objectives in its multidimensional performance framework, built from its quantitative key performance indicators. This strong connection between the achievement of the performance objectives of a supply chain and its exposure to risks and opportunities through the use of physical laws is a strong contribution of the PoD approach. It allows (1) to examine the evolution of the supply chain in its performance framework through a kinematic analysis of its multidimensional performance trajectory and (2) to propose a reactive and predictive analysis based on the identified physical forces. Thus, being able to assess and formalize these deviation forces is one of the major challenges for the application of the PoD approach. Due to the unpredictable and unquantifiable nature of disruptions, supply chain risk and opportunity management cannot simply list the forces impacting it. In this highly volatile environment, supply chains need to build resilience (their ability to resist, adapt and respond to disruptions). In the literature, two definitions of supply chain resilience can be distinguished: engineering resilience (the speed of return to equilibrium) and ecological resilience (the amount of extrinsic forces it is able to withstand). Our research seeks to investigate the contributions of the PoD approach to measure in a single approach these two fundamental views of resilience, which to our knowledge has never been proposed. The contributions of the PoD approach also lie in the mastery of the performance framework (seen as a space at the heart of the decision process) and the theoretical calculation of the overall performance of a supply chain observed as a multidimensional trajectory. However, for systems such as supply chains, it is rare for managers to limit themselves to the observation of three indicators. It is therefore imperative to find a way to make these results easy to handle and visualizable in a more than three-dimensional framework. Virtual reality is the solution being explored to immerse decision-makers in a virtual version of the performance framework, in which they can visualize and interact with trajectories and forces, opening the door to a new generation of performance dashboards.En raison de leur nature complexe en réseau de divers acteurs interconnectés et interdépendants, les supply chains n'ont jamais été aussi sujettes et fragiles à l'instabilité, générée par une augmentation massive des catastrophes naturelles et anthropiques au cours de ces dernières décennies et devient la norme. Il est devenu impossible d'ignorer et d'éliminer l'instabilité qui y règne. Être en mesure de faire face à cette instabilité devient alors un défi incontournable et une attente forte des managers. Pour répondre à ce besoin, nos travaux étudient l'applicabilité de l'approche de la Physique de la Décision (de l'anglais Physics of Decision, PoD), une approche innovante d'aide à la décision basée sur les lois du mouvement de la physique classique. Dans cette approche l'accent est mis sur le développement d'un cadre théorique et mathématique pour modéliser l'impact des risques et des opportunités perturbant une supply chain comme des forces physiques, la déviant telle un objet de ses objectifs de performance dans son référentiel de performance multidimensionnel, construit à partir de ses indicateurs quantitatifs clés de performance. Cette connexion forte entre l'atteinte des objectifs de performance d'une supply chain et son exposition aux risques et aux opportunités à travers l'utilisation de lois physiques est une contribution forte de l'approche PoD. Elle permet (1) d'examiner l'évolution de la supply chain dans son référentiel de performance grâce à une analyse cinématique de sa trajectoire de performance multidimensionnelle et (2) de proposer une analyse réactive et prédictive sur la base des forces physiques identifiées. Ainsi, être capable d'évaluer et de formaliser ces forces de déviation est l'un des défis majeurs pour l'application de l'approche PoD. En raison de la nature imprévisible et non quantifiable des perturbations, la gestion des risques et des opportunités des supply chains ne peut se contenter de dresser une liste des forces l'impactant. Dans ce contexte de forte instabilité, les supply chains se doivent de renforcer leur résilience (leur capacité à résister, à s'adapter et à répondre aux perturbations). Dans la littérature, deux définitions de sa résilience se distinguent : la résilience technique (la rapidité de retour à l'équilibre) et la résilience écologique (la quantité de forces extrinsèques qu'elle est capable de supporter). Nos travaux de recherche cherchent à étudier les apports de l'approche PoD pour mesurer en une seule approche ces deux visions fondamentales de la résilience des supply chains, ce qui à notre connaissance n'a jamais été proposé. Les apports de l'approche PoD réside également dans la maîtrise du référentiel de performance (un espace au cœur du processus de décision) et le calcul théorique de la performance globale d'une supply chain observée comme une trajectoire multidimensionnelle. Cependant pour les supply chains, il est rare que les managers se limitent à observer trois indicateurs. Il est donc impératif de trouver un moyen de rendre ces résultats manipulables et visualisables dans un référentiel à plus de trois dimensions. La réalité virtuelle est la solution explorée pour immerger les décideurs dans une version virtuelle du référentiel de performance, dans laquelle ils peuvent visualiser et interagir avec les trajectoires et les forces, ouvrant la porte à une nouvelle génération de tableau de bord de performance
Enquête quantitative sur les pratiques et les besoins des chercheurs sur la gestion des données de la recherche, algorithmes et codes sources dans les établissements du site toulousain
No full textLe Comité de réflexion pour le partage et la valorisation des données de la recherche et la coordination de la Science Ouverte (CéSO) de l'Université de Toulouse a réalisé une enquête quantitative sur la gestion des données de la recherche, algorithmes et codes sources. Adressée à l’ensemble de la communauté scientifique du site toulousain, son objectif était de produire un état des lieux des pratiques, des connaissances et des besoins des chercheurs en matière de gestion des données de la recherche. Les résultats permettront de préciser l’offre de services proposée sur le site toulousain. Cette enquête concerne les établissements membres de l’Université de Toulouse ainsi que les organismes de recherche partenaires : Université Toulouse Capitole, Université Toulouse - Jean Jaurès, Université Toulouse III - Paul Sabatier, Institut national polytechnique de Toulouse (Toulouse INP), Institut national des sciences appliquées de Toulouse (INSA Toulouse), Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (ISAE-SUPAERO), Institut national universitaire Champollion (INU Champollion), École nationale de l'aviation civile (ENAC), École nationale d'ingénieurs de Tarbes (ENIT), École nationale supérieure d'architecture de Toulouse (ENSA Toulouse), École nationale vétérinaire de Toulouse (ENVT), École nationale supérieure de formation de l’enseignement agricole (ENSFEA), Institut catholique d'arts et métiers (ICAM), École nationale supérieure des mines d'Albi-Carmaux (IMT Mines d'Albi), Toulouse Business School (TBS), Centre national d'études spatiales (CNES), Centre national de la recherche scientifique (CNRS), Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE), Institut national de l'a santé et de la recherche médicale (Inserm), Institut de recherche pour le développement (IRD) ; Office national d'études et de recherche aérospatiales (Onera), Météo-France