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Valorisation des bois à forte nodosité pour des usages structurels : défis et solutions pour contrôler des propriétés mécaniques naturellement variables
No full textLa France possède la troisième forêt d’Europe, ce qui devrait être un atout majeur pour le développement de l’économie durable. Pourtant, la filière forêt-bois présente un déficit commercial de 8,5 milliards d’euros en 2023, ce qui représente 16 \% du déficit commercial français hors énergie et matériel militaire. Cette perte de valeur provient d’abord des secteurs du meuble et du papier/carton, mais aussi de la construction, pour un montant de 1,6 milliard d'euros. La filière a des difficultés à être compétitive pour des raisons structurelles, mais aussi en raison de difficultés techniques liées à la ressource jugée plus difficile à transformer : contrairement aux pays leaders du bois en Europe qui possèdent et transforment majoritairement des résineux à croissance lente et régulière, la majorité de nos forêts est constituée de feuillus, et beaucoup d’essences résineuses tels les pins et douglas ont une croissance rapide. Ces types de bois se caractérisent entres autres par des branches de grand diamètre, et donc une forte nodosité et des propriétés mécaniques très variables. Le marché de la construction s’est industrialisé sur la base des essences nordiques faciles à caractériser et à transformer, mais elles sont maintenant durement touchées par le changement climatique. La diversité d’essences permet quant à elle de mieux résister aux ravageurs. La recherche dans le matériau bois est donc plus que jamais nécessaire pour parvenir à mobiliser toute la ressource dans sa diversité. Deux leviers d’action ont été développés dans ces travaux pour faire face aux verrous techniques et scientifiques induits par la très grande variabilité et hétérogénéité des bois à forte nodosité : (1) l’amélioration de la caractérisation non-destructive du bois, c’est-à-dire arriver à mieux le trier, le classer ; et (2) le recours à des matériaux reconstitués, généralement connus sous leurs acronymes : BLC (Bois Lamellé-Collé), CLT (Cross-Laminated Timber) ou LVL (Laminated Veneer Lumber), dont les procédés de fabrication doivent être adaptés et optimisés pour les bois à forte nodosité. Matériau fibreux fortement anisotrope, les propriétés mécaniques du bois sont fortement affectées par la présence de nœuds et la déviation des fibres. Ces recherches ont montré que la mesure de l’orientation des fibres par diffusion de la lumière de lasers points est la technologie la plus pertinente pour prédire les propriétés mécaniques du bois à forte nodosité. Une partie des travaux a consisté à développer la technologie de mesure d’orientation des fibres, en particulier pour le chêne, et aussi à identifier les paramètres influençant ce procédé (état de surface, humidité, plans d’orthotropie). Des modélisations mécaniques, analytiques ou numériques, ont été développées en prenant en compte l’orientation des fibres, et comparées à des résultats d’essais expérimentaux de flexion ou de traction sur du bois en dimension d’emploi pour la structure. Étant donné la nature variable du matériau, une quantité considérable de données expérimentales est nécessaire. Pour le seul bois massif, le LaBoMaP a progressivement constitué une base de données de près de 3 000 essais de diverses essences de bois. Toutes ces données assurent la représentativité de la ressource à valoriser, et, associées à des modèles pertinents, nos résultats permettent finalement de proposer au monde industriel des solutions pour un classement des bois par machine bien plus efficient que les méthodes visuelles traditionnelles. Les produits bois composites reconstitués par collage sont très demandés par le marché de la construction et constituent aussi une solution pour transformer une ressource de qualité dite secondaire en matériau compatible avec un usage structurel. Cependant, plus la qualité de départ est faible, plus les étapes du procédé de transformation sont nombreuses et coûteuses, ce que même un coût très faible de matière première ne peut compenser. Ces travaux de recherche décrivent quelques solutions à ce problème. Ainsi, pour rendre plus compétitive la production de lamelles aboutées constituées d’éléments très courts (de l’ordre de 600 mm), une méthode de tronçonnage basée sur l’orientation des fibres a été proposée, permettant de définir de manière rigoureuse et automatisée les zones de découpe garantissant la résistance des aboutages, là où les normes actuelles ne préconisent qu’un contrôle visuel inadapté au cas des bois à forte nodosité comme le chêne de qualité secondaire. Il a été aussi montré que la plus grande hétérogénéité de module d’élasticité pour les BLC constitués de ce type de lamelle pouvait avoir des conséquences négatives sur leur résistance. Mais cette variabilité peut aussi être vue comme une opportunité dont on peut tirer parti : les sollicitations mécaniques dans une structure étant rarement uniformes, il est possible d’optimiser les propriétés de ces produits assemblés par collage en plaçant les éléments les plus rigides et résistants aux endroits les plus sollicités. Nous avons appliqué ce principe sur des poutres de LVL de gros douglas sollicitées en flexion, ce qui permet de valoriser intégralement des bois comportant de très gros nœuds tout en obtenant des propriétés mécaniques équivalentes ou supérieures aux meilleures classes de résistance des sciages. Le même principe peut être appliqué au BLC ou au CLT, avec une dimension supplémentaire pour ce dernier qui est utilisé en panneau avec des plis croisés. L’étude du bois est un sujet de recherche inépuisable car ce matériau présente une immense diversité et variabilité, ou en un mot parce qu’il est issu du vivant. Le cas des bois à forte nodosité présente un intérêt économique et environnemental qui guide ces recherches dont les applications visent à optimiser la valorisation de la ressource en bois, l’efficience des procédés industriels, ou encore concourir à la rédaction de normes européennes
Experimental Comparison of Hydrodynamic Behavior Under Partial Flowrates and Cavitation in Three Configurations of a Centrifugal Pump with Inducer and Impeller
No full textInternational audienceAbstract This study aims at experimentally investigating the hydrodynamic behavior of a centrifugal pump, both with and without cavitation. The pump consists of an axial inducer, a centrifugal impeller, and a volute. Three assembly configurations are examined: the inducer alone, the impeller alone, and the combined inducer and impeller. Particular attention is given to cavitating conditions—low suction pressure—at four partial flowrates (4% ϕref, 16% ϕref, 39% ϕref, and 78% ϕref), where ϕref is defined as the flow coefficient for which the inducer has been designed. The hydromechanical performance is analyzed and compared across these configurations, with cavitation formation captured using high-speed digital imaging. A spectral analysis of pressure signals is also conducted in operational regimes where instabilities were observed. The results indicate that the inducer mitigates the impact of cavitation on hydromechanical performance as the flowrate approaches the design point ϕref. However, at partial flowrates, the inducer negatively impacts pump performance by increasing the critical cavitation number threshold beyond which a head drop occurs. Cavitation-induced instabilities were observed in partial flow regimes and under low suction pressure conditions in configurations involving the inducer. These instabilities, characterized by a very low-frequency signature, result in significant pressure and flow fluctuations, leading to vibrations within the system. Furthermore, these instabilities exhibit a clear dependency on flowrate
Dynamic Time Warping methods to assess similarity of shoulder movements using IMUs, in participants with subacromial pain syndrome: a pilot study
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Goal-oriented error estimation based on equilibrated flux reconstruction for the approximation of the harmonic formulations in eddy current problems
No full textInternational audienceIn this work, we propose an a posteriori goal-oriented error estimator for the harmonic A/Phi formulation arising in the modeling of eddy current problems, approximated by nonconforming finite element methods. It is based on the resolution of an adjoint problem associated with the initial one. For each of these two problems, a guaranteed equilibrated estimator is developed using some flux reconstructions. These fluxes also allow to obtain a goal-oriented error estimator that is fully computable and can be split in a principal part and a remainder one. Our theoretical results are illustrated by numerical experiments
Digital implementation of the supertwisting controller based on the deadbeat method
No full textThe deadbeat method is developed in this paper to realize a chattering-free implementation of the supertwisting controller while keeping its important properties such as convergence rate, and robustness to uncertainties, disturbances, and measurement noise. The deadbeat implementation leads to a finite-time convergence of the discrete-time supertwisting algorithm without exceeding the control effort compared to the original supertwisting controller in the continuous-time domain. Several properties of the implemented supertwisting controller based on the proposed method are investigated analytically and validated based on numerical experiments including the chattering treatment, convergence rate, disturbance attenuation, and convergence in the presence of parametric uncertainty and measurement noise. The comparison of the developed method to the recently trending implicit discretization indicates a more straightforward realization without requiring to take into account the setvalued terms, backward discretization, or solving generalized equations which may not be possible for all sliding-mode algorithms
Exploring the impact of wheelchair casters characteristics on rolling resistance across various surfaces
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EDUCAUSE 2024 Rapport de la délégation française - FR: Visites de Houston Community College, Texas A&M University, San Antonio College, University of Texas at San Antonio
No full textL’Annual Conference 2024 tenue en octobre à San Antonio a marqué l’entrée de la Délégation FrançaiseEDUCAUSE dans sa deuxième décennie d’activité.Depuis onze ans maintenant, cette initiative cherche à proposer à la communauté de l’Enseignement Supérieurfrançais une ouverture à l’international sur les enjeux du numérique, en associant des profils complémentaires àmême d’en apprécier les tendances fortes, et les perspectives majeures. Cette démarche s’est ainsi concrétiséepar une participation continue aux EDUCAUSE Annual Conferences depuis 2013, qui s’est cependant trèssignificativement enrichie au cours des années. D’une philosophie initiale de simple participation qui a prévaluinitialement, les membres de cette Délégation se sont progressivement impliqués à différents niveauxd’EDUCAUSE, dans le cadre des conférences et au-delà (voir l’infographie ci-dessous).Nous comptons ainsi maintenant vingt présentations qui ont été sélectionnées, sur plusieurs sujets d’actualité.Plusieurs de nos membres, par ailleurs, sont mobilisés chaque année en tant que proposal reviewers (relecteursde propositions d’interventions) pour les EDUCAUSE Annual Conference, mais aussi en tant que membres descomités de programme respectifs (en 2019 et 2023). Enfin, certains d’entre nous font partie des panelsd’experts mobilisés dans le cadre du EDUCAUSE Horizon Report et du Top-10 issues annuels, sont actifs ausein de différents Community Groups thématiques (XR et Learning Spaces en particulier), ou s’impliquent entant que rédacteurs d’articles de référence et traducteurs d’outils.Mentionnons également ici les près de trente visites de sites qui ont également été menées depuis 2013 avantou après les EDUCAUSE Annual Conferences et qui, au-delà du remarquable accueil qui nous a toujours étéréservé, nous ont apporté une vue de terrain très précieuse au travers d’échanges de grande qualité
Simulation du procédé de rotomoulage du liner d’un réservoir d’hydrogène à haute pression
No full textThe aim of this work is to develop a simulation tool capable of simulating the rotational molding process, while taking into consideration the physical phenomena that occur during the process. Also, it also implements real data in the model, obtained from experimental characterization of the material used in the process.The used model is based on the Smoothed Particle Hydrodynamics method, which is a meshless method, suitable for simulating free surface flows. The model is implemented in the open-source software DualSPHysics. Many tests have been done to feed the model with real data, and validate it, such as rheological tests, Differential Scanning Calorimetry (DSC), thermal profile using Datapaq, and rotational molding experiments.One of the main challenges is the phase change, where the used material goes from solid to liquid, and vice versa, under the effect of heat. This phase change has been considered using specific models, ensuring a good and smooth representation of the physical phenomena, including the physical characteristics of the material, while avoiding numerical instabilities.As the rotational molding process depends on several parameters that influence the quality of the final product, and the duration of the process, this tool offers an adapted platform to study and understand the effects of the parameters, in order to obtain the best quality of the final product, while reducing the duration of the process. A parametric study has been carried out to show the effect of the parameters.In the end, this thesis presents a new simulation tool, capable of creating a virtual environment, to study, understand, and improve the rotational molding process.L'objectif de ce travail est de développer un outil de simulation capable de simuler le procédé de rotomoulage, tout en prenant en considération les phénomènes physiques qui se produisent pendant le procédé. Il s'agit également d'implémenter des données réelles dans le modèle, obtenues à partir de la caractérisation expérimentale du matériau utilisé dans le procédé.Le modèle utilisé est basé sur la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), qui est une méthode sans maillage, adaptée à la simulation des écoulements à surface libre. Le modèle est implémenté dans le logiciel open-source DualSPHysics. De nombreux tests ont été effectués pour alimenter le modèle avec des données réelles et le valider, tels que des tests rhéologiques, DSC, profil thermique à l'aide de Datapaq et des expériences de rotomoulage.L'un des principaux défis est le changement de phase, où le matériau utilisé passe de l'état solide à l'état liquide, et inversement, sous l'effet de la chaleur. Ce changement de phase a été pris en compte à l'aide de modèles spécifiques, assurant une bonne et fluide représentation des phénomènes physiques, impliquant les caractéristiques physiques du matériau, tout en évitant les instabilités numériques.Comme le procédé de rotomoulage dépend de plusieurs paramètres qui influencent la qualité du produit final et la durée du procédé, cet outil offre une plateforme adaptée pour étudier et comprendre les effets des paramètres, afin d'obtenir la meilleure qualité de produit final, tout en réduisant la durée du procédé. Une étude paramétrique a été réalisée pour montrer l'effet des paramètres.Enfin, cette thèse présente un nouvel outil de simulation, capable de créer un environnement virtuel, pour étudier, comprendre et améliorer le procédé de rotomoulage
Approche numérique multiphysique et multi échelle de l'endommagement : application au sel gemme
No full textThe threat of global warming calls for a major energy transition, with a drastic reduction in CO2 emissions and an ambitious development of renewable and/or low-carbon energies. As most of them are by nature intermittent, a concomitant development of energy storage capacities is necessary. Green hydrogen obtained by hydrolysis of water is one of the most promising carbon-free energy vectors but requires very large storage volumes. One solution being considered is to use artificial salt caverns, created by leaching into domes or natural geological stratifications of rock salt. If the long-term storage of fossil hydrocarbons in such cavities is a long-developed industry in France and abroad, their conversion to hydrogen storage raises many technical and scientific questions, relating in particular to the intermittent nature of the storage which imposes shorter loading cycles and the permeability of rock salt to hydrogen. The aim of the project is to provide industry with a solid scientific basis for the sustainable and safe exploitation of hydrogen salt caverns, a key tool for the transition to clean energy. In addition, our goal is to help answer questions and concerns legitimately raised by regulatory authorities and the general public on two closely related issues: storage tightness and mechanical stability of the cavern.La menace du réchauffement climatique appelle une transition énergétique majeure, avec une réduction drastique des émissions de CO2 et un développement ambitieux des énergies renouvelables et/ou décarbonées. Comme la plupart d'entre elles sont par nature intermittentes, un développement concomitant des capacités de stockage d'énergie est nécessaire. L'hydrogène vert obtenu par hydrolyse de l'eau est l'un des vecteurs énergétiques décarbonés les plus prometteurs mais exige de très grands volumes de stockage. Une solution envisagée est d'utiliser des cavernes salines artificielles, créées par lessivage dans des dômes ou des stratifications géologiques naturelles de sel gemme. Si le stockage à long terme d'hydrocarbures fossiles dans de telles cavités est une industrie développée de longue date en France et à l'étranger, leur conversion au stockage d'hydrogène soulève de nombreuses questions techniques et scientifiques, relatives notamment au caractère intermittent du stockage qui impose des cycles de chargement plus courts et à la perméabilité du sel gemme à l'hydrogène. L'objectif du projet est de fournir à l'industrie une base scientifique solide pour une exploitation durable et sûre des cavernes de sel d'hydrogène, un outil clé pour la transition vers une énergie propre. De plus, notre objectif est d'aider à répondre aux questions et préoccupations légitimement soulevées par les autorités réglementaires et le grand public sur deux questions étroitement liées : l'étanchéité au stockage et la stabilité mécanique de la caverne
Démantèlement de composites stratifiés par choc laser pour des applications de réutilisation
No full textCarbon fibre reinforced polymers (CFRPs) are widely used in aerospace, wind energy, and sports applications due to their excellent specific mechanical properties and the reduction in emissions made possible by lightweight structures. However, a significant amount of composite waste is generated each year, coming from production or end-of-life structures, raising major challenges in terms of recycling and sustainability. Recycling and reusing continuous-fibre composites represent promising solutions to reduce the carbon footprint. Nevertheless, conventional methods, whether mechanical, chemical, or thermal, often lead to fibre degradation, the production of pollutants, or insufficient quality of the recovered materials.This thesis proposes a novel process based on laser shock dismantling at the ply scale. High-energy nanosecond laser pulses generate shock waves at the surface of the material, inducing localized delamination. Unlike traditional approaches that aim to separate individual constituents, this technique allows the recovery of entire plies or groups of plies while preserving fibre length, a key advantage for high-performance reuse. The recovered materials can be directly reused in less demanding applications or indirectly through reassembly of the dismantled plies via structural bonding.Additionally, this work investigates the effect of ageing on composites. Oxidation layers on the resin and composite are characterized, and the influence of ageing on laser parameters is analyzed to allow selective removal of oxidized plies. Moreover, a guided-wave monitoring method (SHM) is developed with a dual purpose: detecting structural changes due to ageing, enabling early assessment of natural degradation, and controlling the dismantling in real time by detecting delamination events and quantifying the affected areas.This multidisciplinary work demonstrates that laser shock dismantling, combined with the study of ageing and in situ SHM monitoring, provides an effective pathway for the recovery and reuse of composite materials while minimizing their environmental impact.Les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont largement utilisés dans l’aéronautique, l’énergie éolienne et le sport, grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques spécifiques et à la réduction des émissions rendue possible par les structures allégées. Cependant, une quantité importante de déchets composites est générée chaque année, provenant de la production ou de la fin de vie des structures, ce qui soulève des enjeux majeurs en matière de recyclage et de durabilité. Le recyclage et la réutilisation des composites à fibres continues représentent des solutions prometteuses pour réduire l’empreinte carbone. Néanmoins, les méthodes classiques, qu’elles soient mécaniques, chimiques ou thermiques, entraînent souvent une dégradation des propriétés des fibres, la production de polluants ou une qualité insuffisante des matériaux récupérés.Cette thèse propose un nouveau procédé fondé sur le démontage par choc laser à l’échelle du pli. Des impulsions laser nanosecondes à haute énergie génèrent des ondes de choc à la surface du matériau, provoquant une délamination localisée. Contrairement aux approches traditionnelles visant à séparer les constituants, cette technique permet de récupérer des plis entiers ou des groupes de plis tout en préservant la longueur des fibres, un atout essentiel pour des réutilisations à haute performance. Les matériaux récupérés peuvent être réemployés directement dans des applications moins exigeantes, ou indirectement par réassemblage des plis démontés via collage structural.En complément, ce travail étudie l’effet du vieillissement des composites. Les couches d’oxydation de la résine et du composite sont caractérisées, et l’influence du vieillissement sur les paramètres laser est analysée afin de permettre l’élimination sélective des plies oxydées. Par ailleurs, une méthode de suivi par ondes guidées (SHM) est développée à double finalité : détecter les évolutions structurales liées au vieillissement, permettant une évaluation précoce de la dégradation naturelle, et contrôler en temps réel le démontage par la détection des événements de délamination et la quantification des zones affectées.Ce travail multidisciplinaire montre que le démantèlement par choc laser, associé à l’étude du vieillissement et au suivi en temps réel par SHM, constitue une voie efficace pour la récupération et la réutilisation de matériaux composites, tout en limitant leur impact environnemental