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Rétention du tritium dans les parois en béryllium d'ITER : modélisation ab initio de son insertion dans l'oxyde et aux joints de grains
Full text linkL’installation ITER a pour finalité de démontrer la maîtrise de la production d’énergie par fusion thermonucléaire à partir d’un plasma de tritium-deutérium, deux isotopes de l’hydrogène. La réaction de fusion est produite dans une chambre à vide autour de laquelle des aimants supraconducteurs permettent de confiner le plasma. Le tritium étant radioactif, du point de vue de l’analyse de sûreté, il est nécessaire d’étudier ses interactions avec les différents matériaux constitutifs de la chambre à vide. En l’occurrence, la première paroi de la chambre à vide est en béryllium, matériaux choisis pour sa faible absorption du tritium et sa grande affinité vis-à-vis de l’oxygène permettant de purifier la chambre vide. L’étude de l’interaction du tritium avec le béryllium va permettre d’évaluer l’efficacité des méthodes mises en place par l’exploitant afin de quantifier l’inventaire en tritium dans la chambre, les méthodes d’étuvage de la première paroi pour la désorption du tritium et minimiser les rejets dans l’environnement en cas de perte de confinement de la chambre à vide. De précédant travaux ont permis d’analyser l’interaction du tritium avec le béryllium et ses défauts intrinsèques, ce travail a donc pour but d’étendre l’étude aux défauts plus complexes. Le béryllium en s’associant à l’oxygène va former de l’oxyde de béryllium. En fonctionnement normal, il va donc se former une couche d’oxyde de béryllium au niveau de la paroi en béryllium. La compréhension de l’interaction du tritium avec la première paroi passe donc également par la compréhension du comportement du tritium avec l’oxyde de béryllium. Une première partie de ce travail de thèse est donc consacrée à l’évaluation de la solubilité et de la diffusivité du tritium dans l’oxyde de béryllium. La première paroi étant formée de béryllium polycristallin, la seconde partie est donc consacrée à l’étude des joints de grain, interface entre deux cristaux. Le nombre de configurations possibles pour les joints de grain étant très important, il est nécessaire dans un premier temps de modéliser les différents joints de grains du béryllium pour déterminer ceux qui sont énergétiquement les plus favorables. Pour ensuite pouvoir y étudier la ségrégation du tritium, en l’occurrence déterminer si ces joints de grain peuvent avoir un effet de type "chemin de fuite" augmentant ainsi la diffusion, ou de type "réservoir" formant des poches qui piègent le tritium
Etude de l'effet coopératif entre atomes métalliques isolés et nanoparticules métalliques dans des réactions d'hydrogénation sélectives
Full text linkCes travaux de recherche se concentrent sur la préparation et la caractérisation de catalyseurs comprenant des atomes isolés (SAs) et des nanoparticules (NPs) métalliques et sur l’étude de leur coopérativité dans des réactions d’hydrogénation sélective. Le chapitre 1 correspond à une étude bibliographique sur les résultats obtenus expérimentalement et en modélisation en hydrogénations sélectives sur des catalyseurs à base de : i) clusters ; ii) SAs ; et iii) mélange de SAs et NPs. Une catalyse coopérative entre SAs et NPs métalliques faisant intervenir le spillover d’hydrogène a été proposé dans la littérature. Dans le chapitre 2, nous avons étudié expérimentalement et par modélisation le spillover d’hydrogène sur des catalyseurs au palladium supporté sur nanotubes de carbone (CNTs). Cette étude nous a permis de démontrer que certains groupes oxygénés de surface du support, ainsi que la présence d’eau facilitent le spillover d'hydrogène sur les supports carbonés. Le chapitre 3 détaille la préparation et la caractérisation d’une série de 5 catalyseurs 1,2 %Pd/CNT présentant des rapports PdSA/PdNP différents allant de 3 à 108. Ces catalyseurs ont été caractérisés par HAADF-STEM, XPS et EXAFS. Par la suite, nous avons appliqué ces catalyseurs en hydrogénation sélective du phénylacétylène en styrène, constatant une activité optimale sur le catalyseur Pd/CNT ayant un rapport PdSA/PdNP = 11 et une meilleure sélectivité sur le catalyseur présentant le plus d’atomes isolés (PdSA/PdNP = 108). Nous avons testé les catalyseurs ayant des rapports PdSA/PdNP de 40 et 108 dans un réacteur en flux, où ces catalyseurs ont montré une excellente stabilité. Des calculs DFT ont été réalisés afin de rationaliser les résultats obtenus. Dans le chapitre 4, grâce à une étude combinant expérience et théorie, nous avons pu fournir des explications sur l’influence de la structure caractéristique de catalyseurs RuSAMNP (où M = Ru, Pd, Ni) pour l’hydrogénation sélective du cinnamaldéhyde (CAL) en hydrocinnamaldéhyde. Le dépôt de Ni sur un catalyseur RuSA/CNT conduit à un système de type cocktail où l’on distingue deux espèces de Ru différentes : a) des atomes isolés de Ru (RuSA) ; et b) des RuSA associés aux NiNP (RuSA@NiNP). Des calculs théoriques ont démontré que thermodynamiquement, le spillover d’H2 des NiNP vers les RuSA peut fonctionner. Lors de l’hydrogénation du CAL, le catalyseur RuSANiNP/CNT a montré de meilleures performances par rapport aux catalyseurs RuSA/CNT et NiNP/CNT. De plus, dans un réacteur en flux, ce catalyseur a montré une excellente stabilité et des performances prometteuses à l’échelle du laboratoire. Les différents mécanismes possibles lors de l’hydrogénation du CAL ont été étudiés par DFT afin de rationaliser les résultats obtenus ; ce qui a permis de mettre en évidence l’importance des espèces RuSA@NiNP pour l’hydrogénation sélective du CAL. Enfin, dans le chapitre 5, nous avons étudié l’influence du dopage du support carbone (CNTs) lors de la réduction/hydrogénation sélective du 4-nitrophénol (4-NP) en 4-aminophénol lorsque les CNTs sont utilisés soit comme carbo-catalyseur sans métal, soit comme support de catalyseurs au Pd. Le dopage avec des hétéroatomes tels que O, S et N a un impact sur le rapport PdSA/PdNP et le catalyseur Pd/N-CNT présente le rapport PdSA/PdNP le plus élevé (PdSA/PdNP = 11). Seuls les N-CNTs ont montré une activité lors de la réduction du 4-NP avec NaBH4 et aucun des supports ne fonctionne en hydrogénation du 4-NP sous H2. Après dépôt de Pd, l’activité catalytique a pu être corrélé avec différents paramètres comme le rapport PdSA/PdNP, ou encore le spillover d’H2. Nous avons mis en évidence que le catalyseur optimal pour la réduction du 4-NP avec NaBH4 était le Pd/O-CNT et que pour l’hydrogénation du 4-NP sous H2, il s’agissait du catalyseur Pd/N-CNT. Une explication a été proposée pour rationaliser ces résultats
Self-Supervised Learning for Data Scarcity in a Fatigue Damage Prognostic Problem
Full text linkWith the increasing availability of data for Prognostics and Health Management (PHM), Deep Learning (DL) techniques are now the subject of considerable attention for this application, often achieving more accurate Remaining Useful Life (RUL) predictions. However, one of the major challenges for DL techniques resides in the difficulty of obtaining
large amounts of labelled data on industrial systems. To overcome this lack of labelled data, an emerging learning technique is considered in our work: Self-Supervised Learning, a sub-category of unsupervised learning approaches. This paper aims to investigate whether pre-training DL models in a self-supervised way on unlabelled sensors data can be useful for RUL estimation with only Few-Shots Learning, i.e. with scarce labelled data. In this research, a fatigue damage prognostics problem is addressed, through the estimation of the RUL of aluminum alloy panels (typical of aerospace structures) subject to fatigue cracks from strain gauge data. Synthetic datasets composed of strain data are used allowing to extensively investigate the influence of the dataset size on the predictive performance. Results show that the self-supervised pre-trained models are able to significantly outperform the non-pre-trained models in downstream RUL prediction task, and with less computational expense, showing promising results in prognostic tasks when only limited labelled data is available
Simulations numériques d'allumages des moteurs aéronautiques en conditions réalistes de hautes altitudes
Full text linkLa capacité de rallumage est un aspect critique de la conception des moteurs aéronautiques et les normes de sureté exigent l'allumage du moteur en conditions de haute altitude (basse pression : P = 0.3 bar et basse température : T = 233 K ). Ainsi, l'influence des conditions de basse pression et de basse temperature doit être mieux comprise. Pour cela, l'effet de ces conditions sur les phenomènes chimiques a tout d'abord été étudié en configurations purement gazeuses. Les résultats ont alors montré que les conditions sub-atmosphériques étaient désavantageuses à cause d'un ralentissement de la réactivité chimique et donc d'une réduction de la puissance dégagée. De plus, des simulations numériques directes ont été réalisées en utilisant une chimie ARC multi-composante ce qui a permis de comparer le développement des noyaux de flamme en fonction des conditions de pression et de température. Les résultats indiquent alors que les noyaux formés en condition de basse pression sont moins robustes aux phénomènes d'extinctions. D'autre part, l'influence des conditions de haute altitude sur le diphasique a aussi été évaluée. Premièrement, au niveau de l'injection de carburant, les données expérimentales disponibles ont montré que les basses pressions réduisent les processus d'atomisation ce qui conduit à la formation d'un spray composé de gouttes plus larges et moins nombreuses. Des simulations d'allumage diphasique ont alors été réalisées en prenant en compte la modification de la distribution de goutte induite par les conditions de haute altitude. Un changement complet du régime de combustion a alors été observé par rapport au cas gazeux. Pour finir, ce travail a permis de développer de nouvelles méthodes numériques qui ont pu être utilisées pour simuler l'allumage en condition réaliste de haute altitude dans le banc MERCATO. Ce calcul a mis en évidence le rôle critique des phénomènes diphasiques dans la formation et le développement du noyau. De plus, l'effet néfaste des basses pressions et des basses températures sur l'allumage a été retrouvé.
The relight capability is a critical aspect of the aeronautical engine design and safety standards require the ignition of the engine under high altitude conditions (low pressure: P = 0.3 bar and low temperature: T = 233 K). Therefore the influence of low pressure and low temperature conditions on the ignition processes must be better understood. For this purpose, the effect of these conditions on the chemical phenomena has been first evaluated with purely gaseous configurations. The results have shown the detrimental effect of sub-atmospheric conditions via a slowing down of the chemical reactivity and thus a reduction of the power released. In addition, direct numerical simulations performed using a multi-component ARC chemistry enable to compare the kernel developments depending on the pressure and temperature conditions and indicate that low pressure kernels are less robust to extinction phenomena. On the other hand, the influences of high altitude conditions on the two-phase flow have also been evaluated. Firstly, at the fuel injection, the available experimental measurements have shown that low pressure reduces the atomization phenomenon resulting in a spray with larger and fewer droplets. Two-phase ignition simulations have thus been performed taking into account the different droplet distribution due to the high altitude conditions. A complete modification of the combustion regime has then been observed compared to the gaseous case. Finally, this work enables to develop new numerical methods which have been used to simulate the ignition under realistic high altitude conditions in the MERCATO configuration. This computation highlighted the critical role of the two-phase phenomena in the formation and development of the kernel. Furthermore, the detrimental effect of low pressure and low temperature on the ignition has been recovered once again
Télédétection spatiale de dépôts d'avalanche pour le suivi de zones à risque avalancheux
Full text linkLa surveillance du manteau neigeux, la prévision de son évolution et l'estimation du risque d'avalanche qui en découle font partie des missions de Météo-France. L'hétérogénéité des montagnes induite par le relief rend la prévision nivo-météorologique de ces territoires particulièrement difficile. A cela s'ajoute une forte demande sociétale de disposer de prévisions fiables de l'enneigement et du risque d'avalanche avec un niveau d'exigence sans cesse en accroissement tant sur la qualité des prévisions que sur leur forme et leur étendue géographique. La mise à disposition aux prévisionnistes nivologues et aux autres acteurs de montagne d'observation systématique sur l'activité avalancheuse permettrait une meilleure qualification des situations prévues par rapport aux événements passés et contribuerait à l'amélioration de la gestion du risque avalancheux. La localisation et l'estimation de taille des dépôts d'avalanches sont d'une grande importance pour les études de stabilité du manteau neigeux. Les avancées en matière de télédétection spatiale offrent la possibilité aux chercheurs et acteurs de montagne de suivre au plus près l'évolution du manteau neigeux. Dans cette thèse, nous exploitons les données d'observations satellitaires de Sentinel-1 couvrant l'intégralité des Alpes pour détecter les zones de débris avalancheux et pour suivre l'évolution de l'activité avalancheuse à l'échelle d'une région d'intérêt. Une méthode est développée permettant de détecter automatiquement les zones de débris d'avalanche de neige en utilisant une technique de segmentation novatrices des images Sentinel-1. Plusieurs autres développements algorithmiques sont menés pour améliorer les détections impliquant des méthodes de filtrage de fausses détection et de classification pour passer d'un ensemble de pixels avalancheux à un événement avalancheux. Les estimations de débris sont étudiées et leurs dépendances selon la direction de l'orbite, les caractéristiques du terrain (pente, altitude, orientation) examinées. La méthode de détection est également évaluée avec succès à l'aide d'une base de données indépendante issues d’identifications de débris d’avalanches sur une image optique de haute résolution. Par la suite, nous dérivons des indicateurs spatialisés à l'échelle des massifs de l'activité avalancheuses. Il s'agit de lignes de débris d'avalanches estimées par pente et par bandes d'altitudes. Ces indicateurs sont comparés à des données d'observations in-situ. Ce travail de thèse permet le développement de nouveaux produits à valeur ajoutée et est l'occasion d'initier une réflexion sur les besoins pour la prévision du risque d'avalanche et notamment le besoin de disposer d'indicateurs « synthétisables » sur des fenêtres temporelles d'intérêts (hebdomadaire, mensuelle, saisonnière) à des échelles allant de l'échelle locale (de l'événement) à l'échelle du massif
Vers de nouveaux modèles économiques des structures vétérinaires françaises mixtes
Full text linkL’offre de soins de santé par les vétérinaires consiste en un ensemble d'activités assurant le bien-être des animaux. Elle contribue également à la lutte contre les maladies infectieuses et à la sécurité alimentaire. En pratique générale, la plupart des activités génèrent des revenus pour les vétérinaires, notamment les actes (consultations, chirurgie, etc.) et les ventes (médicaments, aliments pour animaux de compagnie, etc.). Dans un contexte de croissance rapide du marché de la santé des animaux de compagnie, la question de la profitabilité économique des activités vétérinaires se pose. En effet, au-delà d'un certain seuil, les vétérinaires peuvent être tentés de délaisser les actes relatifs aux animaux d'élevage pour se concentrer sur les actes relatifs aux animaux de compagnie, généralement reconnus comme plus profitables et plus attractifs pour les nouvelles générations de vétérinaires. Les actes sont réalisés à des tarifs permettant une profitabilité nette limitée voire négative dans certains cas extrêmes. La délivrance de médicament permet de compenser la profitabilité. L’arrêt des remises arrières sur les antibiotiques et l’évolution des négociations entre praticiens et laboratoires pharmaceutiques influencent probablement les recettes réellement dégagées par la délivrance des médicaments, mais cette relation reste mal quantifiée.
Ce manuscrit contribue à mieux décrire comment la diversité des activités vétérinaires conduit à la diversité des modèles économiques. L'analyse est proposée sous trois axes, correspondant à trois approches différentes, et aux trois chapitres de résultats. Les résultats de ces études montrent que le temps de travail est un élément clé de la profitabilité économique des actes vétérinaires ; certains actes prennent plus de temps que d’autres (chirurgie et suivi d’élevage par exemple), ainsi que les ressources requises pour chaque acte sont différentes (frais de déplacement pour le suivi d’élevage, coûts du bâtiment et des assistants pour les consultations canines…). La performance économique représentée par le chiffre d'affaires des structures vétérinaires échantillonnés est principalement associé et augmenté par (i) le nombre d'heures d’ouverture des structures, (ii) le nombre d'associés et de salariés au sein de la structure, (iii) la surface de la structure, et (iv) le pourcentage d'actes canins. Le temps passé sur chaque activité différait entre les vétérinaires et est positivement associé au statut des vétérinaires, et au niveau d’expérience. L’arrêt des remises arrières sur les antibiotiques affecte les prix auxquels les vétérinaires s’approvisionnent sur le marché de médicaments et modifie les pratiques des structures vétérinaires. Les résultats de cette thèse offrent la possibilité de concevoir les éléments clés de profitabilité économique des structures vétérinaires et peuvent aider à la prise de décision pour la gestion des structures vétérinaires
Stability of high-density trailing vortices
Full text linkThe three dimensional modal linear stability of the radially stratified q-vortex is investigated. The presence of a radial density gradient in the vortex core biases the vortex stability features over the whole parameter space, i.e. varying the swirl number q, the axial k and azimuthal m wavenumbers and the density-to-vorticity radius ratio ε. The high swirl vortex, known to be stable in the constant-density situation becomes unstable to the Rayleigh–Taylor instability (RTI) with high amplification rates for vortex cores denser than the ambient. Hence we carry out a comprehensive stability analysis to measure the consequences of the onset of the RTI on the q-vortex linear stability. The damping effect of viscosity saturates beyond a threshold Reynolds number and we mean to address high Reynolds number situations such as those found in aircraft trailing vortices. Hence we place ourselves in the high Reynolds numbers regime for which vortices with a dense core exhibit a significant increase of the global maximum of the amplification rate. The effect of the radius ratio ε is twofold. In the high swirl number regime where the homogeneous modes are stable or weakly amplified, the concentration of denser fluid at the vortex core promotes instabilities. In regions of the (k, q)-plane favouring both the homogeneous instability and the RTI mechanism, the amplification rate peaks for a radius ratio around ε≈2
Investigation of the mechanical properties of MnSi via EBSD-nanoindentation coupling and ab-initio calculation
Full text linkThe goal of this study is to investigate the mechanical and elastic characteristics of the Mn15Si26 compound via experimental nanoindentation measurements and ab-initio calculations. The mechanical properties such as Young’s modulus (E) and nanohardness are important inputs for improving the design and mechanical reliability of thermoelectric modules. The high-energy X-ray diffraction pattern of Mn15Si26 has been indexed with the Miller indices of a tetragonal crystalline structure whose cell parameters are the following: a = b = 5.535(3) Å and c = 65.552(4) Å. Nanoindentation measurements, with a Berkovich indenter tip have been performed on higher manganese silicide (HMS) compound mainly composed of Mn15Si26 grains. For the first time ever, it has been evidenced that both elastic modulus and nanohardness of the latter varied significantly depending on their crystallographic orientations provided by electron backscatter diffraction. Nanohardness and Young’s modulus along the orientations are higher than the ones. The nanohardness value of Mn15Si26 ranges from 16 GPa to 20 GPa and the Young’s modulus measured varies between 234 GPa and 300 GPa. The stiffness tensor (Sij = (Cij)−1) of Mn15Si26 has been deduced from these experimental measurements as well as calculated using Ab-initio calculations. The macroscopic elastic modulus (E, G, Β) and Poisson's coefficient have been examined and discussed and their 3D-representation has been plotted. The mechanical anisotropy hereby evidenced as the existence of anisotropy of the thermoelectric properties could be a significant factor for the mechanical reliability of thermoelectric modules which consisted of Mn15Si26 legs with a possible preferred crystallographic orientation induced during their fabrication
Etude de l'impact des caractérisations et des modes opératoires sur le vieillissement d'une pile à combustible à membrane échangeuse de protons haute température (PEM-HT)
Full text linkLa contribution du transport aérien au réchauffement climatique est revue à la hausse par la prise en compte d’émissions complémentaires à celles directes du CO2. Aussi, les principaux avionneurs prévoient une croissance importante du trafic aérien qui nécessiterait le doublement de la flotte actuelle d’avions pour 2035. Parallèlement, l’ensemble du secteur s'est engagé à réduire ses émissions. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet PIPAA (PIle à combustible Pour Applications Aéronautiques), projet porté par SAFRAN Power Units comportant quatre thèses qui étudient le potentiel de la pile à combustible à membrane échangeuse de protons haute température (HT-PEMFC) pour le secteur aéronautique. L’objectif final de cet ensemble d’études est de permettre une meilleure compréhension des phénomènes qui caractérisent la HT-PEMFC afin de l’intégrer dans un système autonome de génération électrique embarqué pour avions d’affaires.
Les travaux effectués lors de cette thèse concernent des mono-cellules HT-PEMFC et s’inscrivent dans la continuité directe de ceux de la thèse de Sylvain Rigal portant sur la modélisation et le vieillissement de la HT-PEMFC. L’objectif principal de ces travaux est de quantifier la dégradation que pourraient apporter les phases de caractérisation de la pile, en particulier la courbe de polarisation, pendant des campagnes de vieillissement. Il s’agit d’identifier les phénomènes dégradants provoqués lors de ce type de caractérisation et de proposer une méthodologie non dégradante de réalisation des courbes de polarisation en HT-PEMFC. Dans ce sens, une campagne expérimentale de cyclage de profils de courant permettant de réaliser des courbes de polarisation a été effectuée. Elle a permis de comprendre les potentielles dégradations susceptibles de se produire lors de ces caractérisations. Afin de permettre une comparaison fiable des résultats, une étude sur la sensibilité de la tension à la pression atmosphérique a été menée et son impact sur les analyses a été démontré. Deux propositions de méthodologies de recalage de la tension aux conditions opératoires ont alors été analysées et appliquées. D’autres travaux complémentaires de modélisation ont aussi été poursuivis. En complément de la démarche précédente et suite à une fiabilisation du matériel d’essai et à la mise en place de nouveaux modes opératoires lors de ces travaux de thèse, des perspectives sur le vieillissement calendaire et sur l’interprétation des spectroscopies d’impédance électrochimique ont été proposées
Reduction of Nitrogen Oxides in Diesel Exhaust using Dielectric Barrier Discharges driven by current-mode power supplies
Full text linkCe travail vise à relever le défi de l'amélioration du traitement des NOx basé sur les décharges de barrière diélectrique (DBD) en mettant en œuvre une solution avec des alimentations en mode courant au lieu de l'approche traditionnelle en mode tension. Dans un premier temps, une alimentation d'expérimentation capable de délivrer des impulsions de courant carrées à plusieurs degrés de liberté est mise en œuvre. Le dimensionnement, l'analyse des éléments parasites et la conception de l'alimentation sont entièrement développés. Avec l'alimentation proposée, le fonctionnement électrique du réacteur DBD est contrôlé par les degrés de liberté suivants : amplitude du courant, fréquence et durée des impulsions, ainsi que le nombre d'impulsions de courant injectées dans le DBD et le temps d'inactivité entre les groupes d'impulsions. L'étude paramétrique des conditions électriques et l’acquisition des mesures concernant le gaz est réalisée à l'aide d'un banc de test automatisé, qui standardise les expériences et simplifie l'acquisition des données. Une méthodologie est proposée pour l'analyse des données, y compris le diagnostic électrique de la DBD, l'analyse des gaz et le traitement d'image des photographies de la décharge. Les résultats expérimentaux ont montré un rôle déterminant du temps de repos sous tension nulle pour garantir un traitement uniforme des gaz, une dispersion des streamers sur toute la surface du réacteur et des températures du réacteur acceptables. L'impact des autres paramètres électriques a également été étudié pour optimiser l'efficacité du traitement. Dans un mélange gazeux NO / N2, des efficacités d'élimination allant jusqu'à 99% ont été obtenues. Les effets de l'injection d’O2, du débit total de gaz et de la concentration de NO ont également été analysés