Archive ouverte de Centrale Lyon
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Methane pyrolysis into hydrogen and solid carbon: A comparative analysis of conventional and microwave heating approaches
No full textInternational audienceThe conversion of methane into hydrogen and carbon represents a promising pathway towards decarbonised energy. When methane is produced from renewable sources, pyrolysis of methane is regarded as a technology with a negative carbon footprint, as the carbon is captured in solid form. The objective of this study was to investigate methane pyrolysis in a fluidized bed, with a focus on comparing the efficiency of two heating methods: microwave and conventional heating. As evidenced by thermodynamic analysis, the methane pyrolysis reaction occurs between 750 • C and 950 • C. At these elevated temperatures, methane conversion is remarkably efficient, accompanied by a high hydrogen yield and the sequestration of carbon into a turbostratic structure. The results of this research demonstrate that microwave heating, in addition to being a more energy-efficient method, achieves superior methane conversion compared to conventional heating. The conversion for microwave and conventional heating were 96 % and 85 %, respectively. Furthermore, it was demonstrated that the carbon removal from the surface of the catalyst is possible with carbon dioxide flow, which enhances the conversion over the course of an extended period. The optimal temperature for carbon removal was determined to be 850 • C, offering an ideal balance between efficiency and catalyst durability. These findings open new perspectives for optimizing methane pyrolysis processes at an industrial scale. It is stated that the direct catalytic methane pyrolysis in a microwave-heated fluidised bed can produce CO 2 -free hydrogen and solid carbon with no need for costly gas separation units offering an environmentally friendly and economically viable alternative to traditional hydrogen production methods.</div
An elastoplastic analysis of fretting crack nucleation: Correlation between critical distance and grain size
No full textInternational audienceThis study investigates the influence of microstructural size and stress gradients on crack nucleation in ferrite-pearlite steel under cylinder/plane fretting conditions. An experimental and numerical approach establishes a critical distance that correlates with grain size, revealing a significant distinction between elastic and elastoplastic behaviour. The results indicate that the optimal critical distance l approximates the grain size, highlighting that an internal stress exceeding the fatigue limit σ_(d,-1) is needed to nucleate. The findings emphasize the necessity of elastoplastic modelling for accurately describing the mechanisms of crack nucleation under high stress gradients, as previous elastic-only analyses may yield misleading interpretations
Friction à l'interface glace/élastomère : contributions thermiques, adhésives et viscoélastiques
No full textThe friction between rubber and ice remains a major scientific and technological challenge, directly impacting tire safety and performance in winter. The properties dependencies on temperature and velocity of both rubber and ice are well referred in the literature. However, when these two materials are put together in contact, the physical phenomena that govern their interfacial behavior - such as adhesion or friction - are not yet fully understood, especially for real-world rubber compounds. This study aims to clarify the respective roles of interfacial adhesion, bulk viscoelastic dissipation, and thermal effects by investigating how environmental temperature, sliding velocity, and rubber mechanical properties together influence friction and adhesion at the ice-rubber interface. The work also examines how real and apparent contact areas evolve during loading, sliding, and detachment. It assesses the impact of interfacial phenomena such as water film formation and frost.To achieve these goals, a comprehensive experimental strategy using rubbers formulated with silica, carbon black, and plasticizers - representative of tire compounds and spanning a wide range of viscoelastic behaviors has been developed. The selected materials, characterized by dynamic mechanical analysis, cover glass transition temperatures from -10°C to -56°C (at 10 Hz, low strain) and shear moduli from 1 MPa to 8 MPa (at 10 Hz, 20°C, low strain). Friction and adhesion were systematically measured using a home-made tribometer (KORII Tribometer) with accurate temperature control (down to -30°C) and real-time contact imaging. Protocols included indentation and pull-off tests, as well as two types of tribological experiments: controlled sliding (only the ice track rotates; pure sliding at 50 µm.s-1 to 1 m.s-1), and rolling-sliding, where both the rubber and ice track rotate at different speeds to maintain a slip-to-roll ratio (SRR) of 10%. The image analysis was used to determine real and apparent contact and to investigate in situ interfacial phenomena.Results show that the effects of viscoelastic dissipation, adhesion, and contact heating on the friction of rubber/ice interface are fundamentally interconnected. Environmental temperature, sliding velocity, and rubber properties jointly modulate the balance between these local processes, and their dominance shifts according to their level. At low temperatures and low velocities, adhesive and viscoelastic effects dominate, leading to high friction and energy dissipation in the rubber. As temperature or velocity increases, frictional heating can cause softening or local melting of the ice surface, reducing adhesion and promoting a lubricating water film. Near the melting point, these thermal effects are especially pronounced, causing friction to drop sharply as the interface transitions likely to a more lubricated state and adhesion declines.Crucially, a dimensionless scaling function was identified, collapsing frictional shear stress data from diverse rubbers and conditions onto a single master curve - demonstrating a complex coupling between viscoelastic, adhesive, and thermal effects, beyond traditional additive models. Capturing the evolution of real contact area was a key step to measure the interfacial strength and to propose a novel tribological analysis not only based on the use of friction coefficient. Finally, a predictive model was developed and validated, successfully linking the viscoelastic properties of rubber and contact mechanics to observed frictional behavior. This integrated approach provides new insights into the rubber-ice interface, bridging fundamental understanding with practical tire performance on ice.La compréhension du frottement entre le caoutchouc et la glace constitue un enjeu scientifique et technologique majeur, avec des implications directes sur la sécurité et la performance des pneumatiques en conditions hivernales. Si les dépendances des propriétés mécaniques du caoutchouc et de la glace à la température et à la vitesse sont bien documentées, les phénomènes interfaciaux — en particulier l'adhésion et le frottement - restent mal compris lorsqu'il s'agit de matériaux représentatifs des gommes réelles utilisées dans les pneumatiques.Ce travail de thèse vise à élucider les rôles respectifs de l'adhésion interfaciale, de la dissipation viscoélastique dans le volume et des effets thermiques sur le comportement frictionnel à l'interface glace-caoutchouc, en analysant l'influence conjointe de la température ambiante, de la vitesse de glissement et des propriétés mécaniques du caoutchouc. L'évolution des surfaces de contact réelles et apparentes durant les phases de chargement, de glissement et de détachement est également étudiée, tout comme l'impact de phénomènes interfaciaux tels que la formation de film d'eau ou de givre.Pour ce faire, une stratégie expérimentale a été définie et mise en œuvre, reposant sur des formulations de caoutchouc à base de silice, noir de carbone et plastifiants, représentatives de mélanges industriels et couvrant un large spectre de comportements viscoélastiques. Ces matériaux, caractérisés par analyse mécanique dynamique (DMA), présentent des températures de transition vitreuse comprises entre -10°C et -56°C, et des modules de cisaillement de 1 à 8 MPa (à 10 Hz, faible déformation). Les mesures de frottement et d'adhésion ont été réalisées à l'aide du tribomètre KORII développé en laboratoire, équipé d'un contrôle thermique précis (jusqu'à -30°C) et d'un système d'imagerie in situ in operando. Les essais incluent des tests d'indentation et de décollement, ainsi que deux régimes tribologiques: glissement pur (vitesse de 50 µm/s à 1 m/s) et glissement-roulement (SRR de 10 %).Les résultats révèlent une interaction étroite entre dissipation viscoélastique, adhésion et échauffement interfacial. La température, la vitesse et les propriétés du caoutchouc modulent ensemble l'équilibre entre ces mécanismes, dont la prédominance varie selon les conditions. À basse température et faible vitesse, l'adhésion et la viscoélasticité dominent, entraînant un frottement élevé. Avec l'augmentation de la température ou de la vitesse, les effets thermiques deviennent significatifs, induisant un adoucissement du caoutchouc ou une fonte locale de la glace, réduisant ainsi l'adhésion et favorisant la formation de films lubrifiants. Près du point de fusion, ces effets conduisent à une forte diminution du frottement.Un des résultats clés est l'identification d'une fonction d'échelle adimensionnée permettant de regrouper les données de contrainte réelle de cisaillement issues de divers matériaux et conditions sur une courbe maîtresse unique. Cela met en évidence l'interdépendance complexe des effets viscoélastiques, adhésifs et thermiques, au-delà des modèles additifs classiques. La mesure de la surface de contact réelle s'est révélée essentielle pour caractériser la résistance interfaciale et proposer une nouvelle approche tribologique fondée sur une analyse plus fine que le simple coefficient de frottement. Enfin, un modèle prédictif a été élaboré et validé, établissant un lien entre les propriétés viscoélastiques du caoutchouc, la mécanique du contact et le comportement de frottement observé corrélant le comportement macroscopique à la dynamique de formation/rupture de jonctions à l'échelle moléculaire. Cette approche intégrée apporte de nouvelles perspectives sur l'interface glace-caoutchouc, à l'interface entre recherche fondamentale et application industrielle
Tissue organization and maturation on multi-scale curvatures of the intestinal epithelium mimicked with microfabrication tools: Intestinal epithelial cells under variable curved substrates
No full textInternational audienc
Etude expérimentale et numérique de la capacité d’actionneurs piézoélectriques minces intégrés à cœur de composite à générer des ondes de Lamb : réponse fréquentielle et paramètres influents sur la transduction
No full textSHM : Structural Health Monitoring; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceLes matériaux composites font désormais partie intégrante de la structure des aéronefs. Etant soumis à des conditions extrêmes tout au long de leur vie, ils sont sujets à diverses dégradations. En lieu et place des contrôles réalisés actuellement lors de coûteuses maintenances programmées, la surveillance en continu à l’aide de transducteurs embarqués permettrait une détection des dommages dès leur apparition. Parmi les méthodes de contrôle envisageables, les techniques ultrasonores sont avantageusement sensibles aux endommagements comme les fissures ou décollements. En particulier, les transducteurs piézoélectriques (PZT) peuvent être couplés à des structures minces et émettre ou recevoir des ondes élastiques guidées (ondes de Lamb). De plus, leur intégration à cœur du composite les protège des conditions environnementales et permet de s’affranchir des problématiques de collage. D’après la littérature, des pastilles PZT collées en surface de plaques se comportent comme des filtres vis-à-vis des ondes de Lamb, leur sensibilité dépendant du ratio entre diamètre du transducteur et longueur d’onde. De plus, leur réponse est approchée sous certaines conditions par un modèle simplifié appelé ‘pin-force’, permettant des simulations numériques à faible temps de calcul. Dans ce papier, la capacité d’actionneurs similaires intégrés à cœur d’une plaque en composite à fibre de carbone à émettre des ondes de Lamb est étudiée. Tout d’abord, des expériences et des simulations par éléments finis (EF) ont permis de déterminer l’impact de l’intégration sur la réponse fréquentielle des PZT. Puis, les paramètres influents sur la transduction sont analysés afin de proposer une méthodologie de simulation des contrôles avec transducteurs intégrés. Cette dernière repose sur un premier calcul des contraintes générées localement à l’aide d’un code multiphysique EF ; contraintes qui servent alors de source dans des simulations par éléments finis spectraux d’ordre élevé au moyen du module CIVA-SHM. Enfin, les limites de cette approche sont discutées
Étude des cordes à diamètre périodiquement variable
No full textMatériaux dans les instruments de musique, matériaux synthétiques et architecturés; GSAM - Acoustique Musicale: GVB - Vibro acoustique et Contrôle du BruitNational audienceL’utilisation de fil de pêche pour des applications musicales s'est récemment démocratisée pour palier, notamment, aux difficultés d’approvisionnement et pour assurer une certaine durabilité. C’est le cas par exemple des harpes d’Afrique Centrale pour lesquelles les fibres animales et végétales historiquement utilisées ont laissé place au nylon. Contrairement aux cordes conçues pour une application musicale, le fil de pêche présente un calibre moins uniforme comme observé expérimentalement au profilomètre laser. Afin d’éclaircir l’impact de ces variations de calibre sur le comportement vibratoire des cordes, un modèle semi-analytique de corde vibrante est développé. Celui-ci est basé sur la méthode des matrices de transfert et la décomposition de Floquet-Bloch dans le but d’inclure des variations géométriques de la corde sur sa longueur. Une étude paramétrique portant sur les variations de diamètre (supposées périodiques) est alors réalisée dans des plages de valeurs représentatives des résultats expérimentaux. En complément, ces résultats sont appuyés par des synthèses sonores permettant d’apporter un point de vue perceptif
Contribution of cognitive functions, musical abilities and auditory scene analysis in speech-in-noise perception
No full textPerception sonore : session générale; GPS - Perception SonoreNational audienceFrom the latest trendy café to the poster hall at conferences, we evolve in noisy environments. Even accustomed to these experiences, not all individuals are equal when facing these challenges. Speech comprehension in noise is often thought to be influenced by sound stream segregation and selective attentional tracking, two aspects of auditory scene analysis, but also by individual factors, such as cognitive, linguistic and/or musical abilities. The aim of this study was to examine the respective contribution of auditory scene analysis, perceptual musical abilities, memory, attention and vocabulary on speech intelligibility in noise. 80 adults participated in six tasks selected to assess their performance in those abilities. Structural equation modeling showed that perceptual musical abilities predicted auditory stream segregation and memory. These factors, in turn, predicted selective attentional tracking, which was a predictor of speech perception in noise. Performance in the attention and vocabulary tasks were not associated with the other variables. Our results highlight a complex relationship linking low-level factors to speech perception in noise via auditory scene analysis
Étude d'approches d'optimisation de l'absorption acoustique à basse fréquence des laines végétales du bâtiment
No full textMatériaux poreux et métamatériaux acoustiques; GABE - Acoustique du Bâtiment et de l'Environnement: GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-Sonore: GVB - Vibro acoustique et Contrôle du BruitNational audienceLes laines végétales, utilisées en tant qu’isolants poreux du bâtiment, présentent de nombreux atouts dans le cadre d’une gestion plus durable et plus respectueuse de l’environnement, comme par exemple le stockage de dioxyde de carbone atmosphérique. Cependant, malgré des propriétés multifonctionnelles de haut niveau, ces matériaux souffrent d'une faible absorption acoustique à basse fréquence dans le cas de panneaux minces d’épaisseur inférieure à 5 cm. Aussi, des solutions s’appuyant sur les méthodes méta-matériaux peuvent être investiguées afin de palier ce problème. Malheureusement, très peu de recherches ont été menées sur ce sujet dans le cas d’applications pour les matériaux biosourcés. Il semble donc pertinent de combiner les spécificités des laines végétales, telles que la polydispersité de leurs rayons de fibres avec des approches d'optimisation acoustique impliquant des méthodes méta-matériaux. Pour relever ce défi, un état de l'art a été réalisé en vue d'identifier des méthodes de modélisation analytique appropriées afin de simuler leur comportement acoustique, et l'optimiser. Ainsi, une première optimisation a consisté à mettre en œuvre le concept de double porosité dans une couche résistive de laine de chanvre. Combinée à une configuration à couches multiples, cette approche a permis d'améliorer significativement l'absorption acoustique des panneaux de laine de chanvre. De plus, ce travail vise à comparer différentes approches analytiques pour tenir compte de la polydispersité du rayon des fibres végétales. Ainsi, différentes techniques sont évaluées afin d'améliorer l'estimation de l'absorption acoustique pour les laines végétales ayant une large distribution de rayons de fibres
Etude Comparative de Deux Approches de Réduction Active Spatiale du Bruit
No full textTechniques électroacoustiques de contrôle de champs sonores ; GTEA - Transducteurs et ÉlectroacoustiqueNational audienceLa réduction active du bruit dans des environnements ouverts exige des systèmes capables de contrôler des zones étendues tout en minimisant les ressources requises. Cette étude compare deux approches de l’algorithme des moindres carrés à référence filtrée (FxLMS) : l’approche classique multipoint, basée sur la minimisation de la pression acoustique mesurée aux microphones de contrôle et une seconde approche qui repose sur une décomposition du champ sonore dans le domaine des harmoniques sphériques. Une analyse théorique met en évidence des relations entre les deux méthodes, tandis que des simulations montrent que l’approche harmoniques sphériques présente un avantage quant au conditionnement des matrices associées au problème inverse. Ce dernier influence le temps de convergence des algorithmes et finalement leurs performances. Une étude expérimentale est réalisée pour différentes configurations allant jusqu’à 14 sources de contrôle et une antenne sphérique rigide de 14 microphones. Celle-ci confirme l’efficacité des deux approches pour la réduction active du bruit. Cependant, les résultats expérimentaux soulignent que l’utilisation de filtres d’encodage inadaptés à la géométrie réelle de l’antenne de microphones impacte les performances de l’approche harmoniques sphériques. Cette étude démontre les avantages et limites des deux approches dans des configurations pratiques. Elle offre également des perspectives pour l’amélioration des systèmes de contrôle actif spatial du bruit
Effects of boundary-layer tripping on the acoustic tones of impinging jets
No full textInternational audienceThe influence of boundary-layer tripping on the acoustic tones generated by a jet at a Mach number of 0.9 impinging on a flat plate is investigated for two nozzle-to-plate distances. Tripping the jet boundary-layer is found not to appreciably alter the frequencies but to significantly affect the levels of the tones. These effects strongly depend on the tone number and on the nozzle-to plate distance. For a given tone, in particular, the levels can decrease or increase depending on the distance. Therefore, tripping the boundary layers of impinging jets can result to less or more noise, and cannot be considered as a reliable method to reduce noise for these jets