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Modélisation des phénomènes diphasiques dans des injecteurs aéronautiques de type Airblast
Get PDFLe secteur aéronautique se doit aujourd’hui de réduire ses émissions polluantes et sa consommation de carburants fossiles afin de proposer des moteurs compatibles avec des normes environnementales de plus en plus exigeantes. De nouvelles technologies basées sur le concept de combustion pauvre et garantissant un rendement de combustion élevé tout en limitant la production de polluants tels que les oxydes d’azote ou le monoxyde de carbone ont ainsi vu le jour. Celles-ci sont néanmoins plus sensibles aux instabilités de combustion et le système d’injection de carburant joue alors un rôle central dans le maintien de la stabilité de la flamme. De par leur capacité à offrir des performances constantes dans une gamme importante de conditions de fonctionnement, les injecteurs de type Airblast suscitent particulièrement l’intérêt des motoristes. Dans ce type d’injecteur, le carburant est introduit de façon à former un film liquide mince qui ruisselle ensuite jusqu’au bout de la lèvre d’un diffuseur, où il est enfin atomisé en fines gouttelettes. Lors de cette thèse, nous avons cherché à étudier les phénomènes physiques en jeu dans ces injecteurs, et à développer des outils numériques pour faciliter leur caractérisation. Pour atteindre ces objectifs, une méthodologie permettant de réaliser des simulations numériques directes de configurations académiques a tout d’abord été proposée. Celle-ci fut ensuite appliquée pour étudier précisément la dynamique du film liquide et du processus d’atomisation primaire dans deux configurations différentes, avec une méthode Volume Of Fluid et du solveur incompressible NGA. En parallèle, une alternative moins couteuse, basée sur un ensemble de modèles phénoménologiques, a été développée au sein du solveur Lagrangien du code compressible AVBP. Cette dernière permet de prédire la dynamique de l’atomisation du liquide en fonction de la configuration de l’écoulement. Une part importante des travaux a consisté à développer et intégrer le modèle Automatic-PAMELA (Primary Atomization Model for prEfilming airbLAst injectors) qui offre une formulation locale et une détermination automatique des grandeurs d’entrée du modèle d’atomisation primaire PAMELA de Chaussonnet (2016). Une fois validée sur une configuration expérimentale académique, la méthodologie phénoménologique a ensuite été appliquée sur une configuration industrielle d’injecteur aéronautique de type Airblast et a, là encore, permis de retrouver les caractéristiques du spray. Bien que très efficace, cette approche souffre néanmoins d’une plage de validité restreinte limitant son utilisation à une gamme de topologies d’écoulements où les phénomènes physiques en jeu sont bien connus. Pour pallier cette limitation, une méthode diphasique basée sur une approche multifluides aux interfaces diffuses a donc, dans un troisième temps, été développée au sein du code compressible AVBP. Elle repose sur la combinaison d’un modèle à quatre équations décrivant le comportement des différents fluides, et d’une fermeture thermodynamique Noble-Able-Stiffened-Gas capable de représenter l’évolution thermodynamique en phase gazeuse et liquide. Pour éviter la diffusion numérique des forts gradients au niveau de l’interface tout en assurant la stabilité du calcul, un schéma numérique de Godunov base sur une résolution des problèmes de Riemann par un solveur HLLC et adapte a une formulation "nodecentered" a été intégré dans le code AVBP. Un important travail algorithmique a, en particulier, été mené pour implémenter une méthodologie de reconstruction MUSCL dans un contexte parallèle et ainsi, assurer une précision du schéma a l’ordre deux. Après une validation sur des cas 1D et 2D, la méthode a, finalement, été utilisée pour réaliser des simulations 2D d’un film liquide cisaillé et d’un processus d’atomisation Airblast avec préfilmeur illustrant ainsi sa capacité à simuler des phénomènes physiques proches de ceux rencontrés dans les configurations d’injecteurs ciblée
Analysis and reduction of chemical kinetics for combustion applications
Get PDFCombustion of fossil fuels has been used for decades for all kinds of purposes, from generating electricity to make air planes fly but they are also the main source of pollution leading to climate change. New sustainable, less polluting fuels must be studied in order to diminish as much as possible the human impact on the planet. Combustion is a very complex process combining fluid dynamics, thermodynamics and chemistry with hundreds of species involved. In order to be able to use all the tools the numerical simulation has to offer with increasing complexity, from canonical cases to 3D Large Eddy Simulations (LES) with two-phase flows, analysing the relevant chemical pathways and reducing the reaction mechanisms describing this chemistry is necessary. Analytically Reduced Chemistry (ARC) is a way of reducing the size and the complexity of chemical mechanisms where only the species and reactions relevant to given conditions are kept while keeping a physically coherent mechanism. ARC lies among several methodologies for the reduction of kinetics but with the increasing complexity of the fuels and configurations that need to be studied in the future years, it is now more and more interesting. The first objective of this work is to develop a fully automatic procedure for developing ARC mechanisms that do not require and expert knowledge on kinetics and can be adapted to any kind of conditions to be as versatile as possible. This objective has been fulfilled by the creation of the code ARCANE and the second objective was to assess its performances in two different configurations. The first configuration consists in the combustion of premixed hydrogen-enriched methane/air in a swirled combustor with 2 levels of enrichment in the solver AVBP. The ARC mechanism has been derived with the prediction of NOx and the addition of the chemiluminescent species OH*. The fully automatic reduction of this mechanism is proven to capture well the experimental results and the effect of the enrichment level on the flame structure. The presence of OH* in the mechanism allows for more direct comparison with experiments and is the start of a discussion about the actual identification of the flame structure. Numerical simulation is also used in this case for the prediction of the NOx emissions and how it is affected by the hydrogen enrichment. The second configuration consists in the reduction of 3 aviation fuels (conventional kerosene, sustainable aviation fuel (SAF) and high-aromatic content kerosene) described by 3-components surrogates. The reduction of each fuel is then used in canonical configurations of liquid droplets combustion. The discrete evaporation model implemented in AVBP allows to observe the effects of the preferential evaporation on the flame structure. Finally, the different fuels are compared to one another to identify their particularities and assess the benefits of the multi-component approach
Observance des mesures de biosécurité dans les élevages de volailles français : pratiques et attitudes
Get PDFLa biosécurité est l’un des principaux moyens de prévention des maladies en élevage. La bonne application des mesures de biosécurité (observance) constitue un enjeu majeur des filières de productions de volailles françaises, en particulier dans un contexte d’épidémies d’influenza aviaire depuis 2015. Ce manuscrit contribue à évaluer les mesures de biosécurité appliquées dans les élevages de volailles français, afin de mieux comprendre les facteurs, structurels et psycho-sociaux, à l’origine des variations d’observance. L’analyse est proposée à plusieurs échelles : (i) nationale, au moyen des rapports d’inspections de biosécurité menées par les directions départementales en charge de la protection des populations, (ii) de la filière des palmipèdes à foie gras du Sud-Ouest, au moyen d’une enquête menée dans 46 élevages représentant les différents modes de production afin de dresser un état des lieux des pratiques de biosécurité avant la survenue des crises influenza aviaire, (iii) d’un mode de production, les canards prêts-à-engraisser, au moyen d’une enquête menée chez 127 éleveurs afin d’évaluer les déterminants psychosociaux (connaissances, attitudes, traits de personnalité …) de l’observance de la biosécurité. Ces trois études ont permis de comparer différentes approches d’évaluation de la biosécurité, de dresser un état des lieux des pratiques, de mettre en évidence une hétérogénéité dans l’application des mesures et d’étudier l’effet de facteurs structurels (bassins de production, contraintes techniques des différents modes de productions de volailles) et psycho-sociaux (connaissance et compréhension de la biosécurité, caractère consciencieux des éleveurs, confiance en soi, pression sociale et perception de l’utilité de la biosécurité) sur les comportements de biosécurité. Les résultats de ces études offrent la possibilité de concevoir des interventions adaptées aux éleveurs
Nose-only inhalations of high-dose alumina nanoparticles/hydrogen chloride gas mixtures induce strong pulmonary pro-inflammatory response: a pilot study
Get PDFObjective Solid composite propellants combustion, in aerospace and defense fields, can lead to complex aerosols emission containing high concentrations of alumina nanoparticles (Al2O3 NPs) and hydrogen chloride gas (HClg). Exposure to these mixtures by inhalation is thus possible but literature data toward their pulmonary toxicity are missing. To specify hazards resulting from these combustion aerosols, a pilot study was implemented.
Materials and methods Male Wistar rats were nose-only exposed to Al2O3 NPs (primary size 13 nm, 10 g/L suspension leading to 20.0–22.1 mg/m3 aerosol) and/or to HClg aerosols (5 ppm target concentration) following two exposure scenarios (single exposures (SE) or repeated exposures (RE)). Bronchoalveolar lavage fluids (BALF) content and lungs histopathology were analyzed 24 h after exposures.
Results Repeated co-exposures increased total proteins and LDH concentrations in BALF indicating alveolar–capillary barrier permeabilization and cytolysis. Early pulmonary inflammation was induced after RE to Al2O3 NPs ± HClg resulting in PMN, TNF-α, IL-1β, and GRO/KC increases in BALF. Both exposure scenarios resulted in pulmonary histopathological lesions (vascular congestions, bronchial pre-exfoliations, vascular and interalveolar septum edemas). Lung oxidative damages were observed in situ following SE.
Conclusion Observed biological effects are dependent on both aerosol content and exposure scenario. Results showed an important pro-inflammatory effect of Al2O3 NPs/HClg mixtures on the lungs of rat 24 h after exposure. This pilot study raises concerns toward potential long-term pulmonary toxicity of combustion aerosols and highlights the importance for further studies to be led in order to define dose limitations and exposure thresholds for risk management at the work place
Production, purification et caractérisation partielle des antibiotiques sécrétés par la souche Saccharothrix tamanrassentensis DSM 45947 d'origine saharienne
Get PDFLa souche Saccharotrix tamanrassetensis DSM 45947, désignée SA198, est une nouvelle espèce d’actinobactérie d’origine saharienne, qui lors d’un travail précédent, s’est avérée produire dans le milieu complexe ISP2 trois nouvelles molécules antibiotiques à activité antifongique et antibactérienne. Notre travail a pour but d’explorer le potentiel antimicrobien de la souche, d’améliorer la production des molécules antimicrobiennes, de les purifier, et de les caractériser. La souche SA198 a montré une activité antagoniste intéressante, en particulier contre les agents pathogènes. La recherche de certains gènes de biosynthèse par PCR a permis de détecter la présence des gènes non-ribosomal peptide synthétases (NRPS). Pour améliorer la production de l’activité antimicrobienne, une stratégie d’optimisation séquentielle a été adoptée. Au départ, la production de cette activité (antifongique et antibactérienne) a été étudiée en suivant des cinétiques en milieu synthétique additionné de différentes sources de carbone et d’azote. L’activité la plus élevée a été obtenue avec le corn steep liquor et le saccharose. Par la suite, l’application du plan d’expérience de Plackett-Burman (PBD) a montré que le saccharose, le corn steep liquor et le KH2PO4 étaient les paramètres les plus importants influençant la production de l’activité antimicrobienne. Pour une production maximale de cette activité, la méthodologie de surface de réponse (RSM) avec le plan de Box-Behnken (BBD), a fixé les valeurs optimales des variables importantes à : 7 g/L de saccharose, 52 g/ L de corn steep liquor et 0,9 g/L de KH2PO4, et un milieu de culture optimisé est formulé. Dans ces conditions optimales, une augmentation de la production de l’activité antimicrobienne de 32% contre Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, 27% contre Bacillus subtilis et 36% contre Umbelopsis ramanniana, est observée. A partir d’une culture en fermenteur en mode discontinu, dans le milieu de culture optimisé, l’extraction des molécules antibiotiques est réalisée avec le dichlorométhane. L’activité antimicrobienne est détectée dans la phase aqueuse contrairement au travail de référence. La purification par HPLC avec une colonne hydrophile a révélé la présence de sept pics actifs. Deux d’entre eux, A1 et A5, à activité à la fois antifongique et antibactérienne ont été purifiés et caractérisés partiellement. Les spectres UV-visible des 2 molécules indiquent l’absence de polyènes. La résonance magnétique nucléaire du proton suggère que ces 2 antibiotiques possèdent une structure aromatique glycosylée. Les résultats obtenus encouragent la poursuite des études sur les antibiotiques de la souche SA198
Évaluation des paramètres biochimiques, respiratoires et thermiques du canard mulard au cours du gavage à l'aide d'analyseurs portables et de laboratoire
Get PDFDes analyseurs portables et de laboratoire ont été utilisés chez le canard mulard pour évaluer les réponses biochimique, thermique et respiratoire dans le contexte particulier du gavage. Caméra thermique et thermomètre numérique ont permis d’évaluer la température de surface du bec et la température interne. La capnographie et l’analyse des gaz sanguins, couramment utilisés en anesthésie-réanimation humaine et vétérinaire, ont permis un suivi du statut respiratoire et acido-basique des canards étudiés. De plus, l’état nutritionnel et métabolique des canards a été évalué par l’étude de paramètres biochimiques tels que la glycémie, les lipides circulants, l’activité des ASAT, et les protéines plasmatiques. Nous avons observé des modifications thermiques, respiratoires et acido-basiques chez le canard mulard au cours du gavage : la température cloacale augmente au cours du temps, le pH sanguin diminue (p < 0,05) en milieu et fin de gavage (7,36 ± 0,04 et 7,36 ± 0,05, n = 20) et se situe dans les limites basses de l’intervalle de référence chez les oiseaux (7,28 à 7,44). Les paramètres PvCO2 et HCO3 - présentent des valeurs élevées indiquant une acidose respiratoire à compensation métabolique. Il est observé une hétérogénéité des réponses physiologiques et des phénomènes compensatoires associés en fin de gavage
Amélioration de la précision de robots industriels : Application à l’usinage de pièces composites
Get PDFLa robotisation de l’industrie est en constante augmentation depuis l’apparition de robots industriels agiles et flexibles. Les robots industriels poly-articulés ont vu, ces dernières années, leurs coûts diminuer et leurs performances augmenter. Ils répondent alors à un besoin de compétitivité croisant et à des enjeux économiques importants pour les industriels. Dans le contexte de l'usinage de formes gauches pour la réalisation de grands supports composites (quatre mètres de diamètre) dont la précision de forme attendue est de quelques centièmes, ces robots ne sont pas initialement compatibles avec de tels critères de performance. La littérature décrit des méthodes qui améliorent la précision des robots industriels comme par exemple l’identification des raideurs articulaires associée à un modèle élasto-statique, ou la modélisation des contraintes avec mesure dynamique des forces pendant l'usinage. Ces méthodes sont difficilement applicables dans un contexte industriel, car elles sont trop coûteuses en temps et en investissements liés aux moyens d'identification. Cette thèse présente une nouvelle méthode de correction du positionnement du robot lors de l’exécution d’une trajectoire d’usinage. Cette compensation hors ligne permet de maîtriser et d’optimiser l’exploitation de robots industriels sériels pour l’usinage d’une pièce composite. Après avoir identifié les conditions de coupe optimales, correspondant au couple outil/matière de l’application étudiée ici, la méthodologie de ces travaux est exposée. Elle s’appuie sur le couplage de deux méthodes de correction de la position du robot complémentaires. La première est l’identification des paramètres géométrique du robot. Il s’agit d’identifier la valeur exacte des paramètres du modèle géométrique du robot et de les modifier au sein de la commande. Cet étalonnage permet de compenser les erreurs de type géométriques et d’améliorer la précision de pose absolue du robot dans l’ensemble de son espace de travail. La deuxième méthode est une compensation de la trajectoire hors ligne. Cette méthode, rapidement applicable, est adaptée à tout robot sériel 6 axes, contrairement aux méthodes existantes qui nécessitent une modélisation et une caractérisation du robot. Après avoir mesuré la position de l'outil pendant une première opération d'usinage, cette mesure est comparée au point de consigne initial du programme pour identifier la déviation du robot. Un processus intelligent et autonome est utilisé pour rééditer le parcours d'outil afin de compenser la déviation sur la totalité du parcours de l’outil. Une nouvelle opération d'usinage quantifie la correction en produisant une pièce avec des tolérances de forme améliorées. En plus de l’étude du couple outil/matière et de la définition d’une stratégie optimale pour l’usinage de la pièce d’application étudiée, cette thèse présente des résultats encourageants. La méthodologie de compensation, appliquée à la pièce de l’étude, améliore la précision de pose du robot de plus de 80%. Cela correspond à un gain de 80% sur l’amélioration de la précision de forme de la pièce. Ces travaux apportent un intérêt certain pour les applications industrielles qui nécessitent des méthodes rapides avec un minimum de moyens et de temps de développement. A ce stade, le fait de mesurer un premier parcours d’usinage pour obtenir un second usinage de qualité représente l’inconvénient principal de la méthode qui implique le supplément d’outils et de matière à prévoir dans la conception de la pièce brute
Three-dimensional dynamics of a pair of deformable bubbles rising initially in line. Part 1. Moderately inertial regimes
Get PDFThe buoyancy-driven motion of two identical gas bubbles released in line in a liquid at rest is examined with the help of highly resolved simulations, focusing on moderately inertial regimes in which the path of an isolated bubble is vertical. Assuming first an axisymmetric evolution, equilibrium configurations of the bubble pair are determined as a function of the buoyancy-to-viscous and buoyancy-to-capillary force ratios which define the Galilei (Ga) and Bond (Bo) numbers of the system, respectively. The three-dimensional solutions reveal that this axisymmetric equilibrium is actually never reached. Instead, provided Bo stands below a critical Ga-dependent threshold determining the onset of coalescence, two markedly different evolutions are observed. At the lower end of the explored (Ga, Bo)-range, the tandem follows a drafting–kissing–tumbling scenario, which eventually yields a planar side-by-side motion. For larger Ga, the trailing bubble drifts laterally and gets out of the wake of the leading bubble, barely altering the path of the latter. In this second scenario, the late configuration is characterized by a significant inclination of the tandem ranging from 30◦ to 40◦ with respect to the vertical. Bubble deformation has a major influence on the evolution of the system. It controls the magnitude of vortical effects in the wake of the leading bubble, hence the strength of the attractive force acting on the trailing bubble. It also governs the strength and even the sign of the lateral force acting on this bubble, a mechanism of particular importance when the tandem is released with a small angular deviation
Formal Verification for Autopilot - Preliminary state of the art
Get PDFThis document is a preliminary state of the art for the formal verification of the autopilot of an Unmanned Air Vehicle (UAV). We will first present UAV autopilots and more specifically the Paparazzi autopilot developed at ENAC which will be our case study. We then present which properties could be verified and on which representation of the autopilot (source code, model). A more complete state of the art of current formal methods will be then detailed and focus on deductive methods, abstract interpretation, model checking and proof assistants. Finally, some immediate perspective for the thesis are proposed
Impacts of detritivore diversity loss on instream decomposition are greatest in the tropics
Get PDFThe relationship between detritivore diversity and decomposition can provide information on how biogeochemical cycles are affected by ongoing rates of extinction, but such evidence has come mostly from local studies and microcosm experiments. We conducted a globally distributed experiment (38 streams across 23 countries in 6 continents) using standardised methods to test the hypothesis that detritivore diversity enhances litter decomposition in streams, to establish the role of other characteristics of detritivore assemblages (abundance, biomass and body size), and to determine how patterns vary across realms, biomes and climates. We observed a positive relationship between diversity and decomposition, stron- gest in tropical areas, and a key role of abundance and biomass at higher latitudes. Our results suggest that litter decomposition might be altered by detritivore extinctions, parti- cularly in tropical areas, where detritivore diversity is already relatively low and some environmental stressors particularly prevalent