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Etudes des impacts environnementaux pour l'évaluation dynamique des filières industrielles : application au déploiement des scénarios de la transition énergétique
Get PDFL’ACV est une méthode d’aide à la décision qui s’appuie sur une méthodologie rigoureuse et transparente, se développe et s’améliore sans cesse. Son intérêt réside dans la prise en compte de la pensée cycle de vie et des impacts selon plusieurs catégories de l’environnement liés au cycle de vie d’un produit (ou d’un procédé, d’un service, d’un système ou d’une filière), c’est-à-dire depuis l’extraction des matières premières jusqu’à la fin de vie du produit, en passant par les phases de transport, de fabrication et d’utilisation. L’ACV propose une vision globale de tout le cycle de vie et permet d'avoir des résultats à différents niveaux. Cependant la méthode ACV présente des limites. Une limite essentielle est liée à l’absence de prise en compte de la notion de temps et d'espace. La méthode ACV « classique » fournit une image d’un système à l’équilibre, moyenné sur la durée de vie des différentes installations, de leur construction jusqu’à leur démantèlement. Cette vision n’est pas adaptée à la réalité du contexte actuel de transition énergétique, pour laquelle des moyennes à l’équilibre peuvent générer des interprétations très différentes des valeurs instantanées. En effet, avoir besoin d’une certaine masse de matière première répartie sur une durée de 50 ans ou bien seulement sur 5 ans ne provoquera pas le même impact. L’inventaire des besoins en matière pour la construction des installations (béton, métaux…) et leur exploitation (réactifs, eau, métaux…) doit être établi, ainsi que celui des émissions en phase d’exploitation et de démantèlement. On s’oriente ainsi vers une analyse de cycle de vie dite « dynamique », c’est-à-dire capable de prendre en compte les évolutions temporelles du scénario considéré. Présentation de l’approche globale et identification des niveaux d’intégration de la notion dynamique dans les études d’ACV Etudes de cas L’approche proposée sera confrontée à plusieurs études de cas industriels : • Evaluation des impacts environnementaux lors de déploiement de différents scénarios français de transition énergétique L'objectif principal de cette dernière étude est de proposer une approche plus complète pour la caractérisation des impacts des scénarios de transition énergétique, en prenant en compte : L’état du parc existant L’actualisation dynamique des bases de données L’évolution des technologies La capacité de stockage La stabilité du réseau Démantèlement et recyclage • Evaluation dynamique des impacts liés aux émanations du radon des résidus miniers La filière nucléaire est l’une des filières les moins carbonées, mais elle est la plus impactante dans la catégorie « rayonnement ionisant », l'origine principale de cet impact se concentrant au niveau de l’émanation de radon des résidus miniers. Cette étude propose une méthode d’estimation de l’inventaire dynamique du radon au niveau des résidus miniers en prenant en compte les différents paramètres intrinsèques de chaque site, notamment la production annuelle, la teneur du minerai, le rendement d'attaque, l’épaisseur de demi-atténuation (« half-value layer ») du résidu, les durées de chaque phase (exploitation, arrêt et évolution ultérieure), le type et la hauteur de couverture ainsi que son taux de dégradation. Afin de compléter la caractérisation de l’impact radiologique et d’aboutir à une modélisation complète, des facteurs de caractérisation dynamique ont été déterminés en fonction des autres paramètres influents : hauteur des résidus, vitesse du vent, température, intensité de la pluie, distance de la population et son régime alimentaire. La conclusion générale de la thèse récapitule les avantages et inconvénients des différents niveaux d’approche dynamique, en insistant sur leur complexité et leur pertinence par rapport à une approche statique inappropriée pour des systèmes évolutifs
Extraction des fibres de chanvre pour des composites structuraux - Optimisation du potentiel mécanique des fibres pour des applications concernant des matériaux composites 100% bio-sourcés
Get PDFUtilisées dès l’antiquité pour la fabrication de tissus ou de cordages, les fibres de chanvre ont connu une période de forte expansion en Europe au XVIIème siècle avec le développement de la marine à voile. L’invention des premières fibres synthétiques et l’apparition de nouvelles techniques de filature ainsi que la disparition progressive des navires à voiles vont entrainer une diminution importante de leur utilisation. Les problématiques écologiques soulevées de nos jours ont fait naître un engouement pour les fibres végétales, en particulier pour des applications de textiles techniques à destination des matériaux composites. Ces fibres présentent en effet des propriétés mécaniques et morphologiques, telles qu’une faible densité et des propriétés mécaniques spécifiques élevées, pouvant être adaptées pour ce type d’applications industrielles. Ce travail de thèse s’intéresse à développer ou à adapter différentes techniques d’extraction de fibres de chanvre dans le but d’obtenir une matière adaptée pour une utilisation dans les matériaux composites fibres longues. Une première partie de cette thèse s’intéresse à l’utilisation d’un dispositif « toutes fibres » pour l’extraction des fibres de chanvre. Cette technique, initialement utilisée pour obtenir de la matière pour des applications de composites à fibres courtes, est agressive. Les résultats obtenus montrent en effet une baisse importante des propriétés mécaniques des fibres par rapport à la matière initiale. De plus, ce type d’extraction ne permet pas de conserver des longueurs de fibres suffisantes pour la fabrication de matériaux composites fibres longues. Un autre dispositif a ainsi été testé dans la seconde partie de la thèse. Il s’agit d’une machine d’extraction par teillage/peignage initialement destinée au lin. Les résultats obtenus au niveau du laboratoire ont permis de montrer le potentiel important des fibres de chanvre. Les fibres obtenues conservent des propriétés mécaniques et des longueurs élevées. Des rendements en fibres fortement supérieurs à ceux obtenus actuellement industriellement ont été atteints. La dernière partie du travail s’intéresse au niveau de finesse obtenu en sortie de traitement. Ce paramètre est en effet important puisqu’il va avoir un impact sur les propriétés mécaniques des matériaux composites fabriqués par la suite. Le traitement étudié est le dégommage micro-ondes. Différents paramètres d’essais ont été testés afin de savoir si le traitement agit réellement par l’intermédiaire du rayonnement micro-ondes ou par la température induite
Approche bioéconomique d'optimisation de la gestion de la reproduction dans les populations de bovins laitiers
Get PDFLes décisions de gestion de la reproduction sont complexes et centrales dans les systèmes de production laitière. Évaluer les décisions optimales est difficile en raison des multiples critères à prendre en compte. En effet, la reproduction est directement liée à la prévalence des maladies, à la production laitière et à la longévité des vaches. C’est pourquoi un compromis entre les objectifs et la considération multicritère est proposé. Pour déterminer les coûts et avantages marginaux des stratégies de gestion de la reproduction et de la stratégie optimale maximisant les revenus des agriculteurs sous contrainte de main-d’œuvre, un modèle d’optimisation bioéconomique innovant (DairyHealthSim®) est utilisé. Le modèle de simulation de la partie biologique est basé sur la chaîne Markof sur une durée de 10 ans sur une base vache-semaine qui prend en compte toutes les maladies et les résultats de la production et leurs interactions. L’évaluation économique d’optimisation est basée sur le coût d’opportunité d’une gestion non optimale et le coût marginal de la charge de travail supplémentaire des agriculteurs grâce à une représentation holistique de la dynamique du troupeau et une représentation ouverte des producteurs de la chaîne de valeur. Les résultats montrent que lorsque l'éleveur est progressivement contraint sur sa charge de travail liée à la reproduction, des solutions optimales suggèrent un changement de stratégie pour le taux de détection. Lorsqu'une contrainte plus élevée sur la longévité est appliquée, les résultats optimaux suggèrent un changement dans la stratégie de période d'attente volontaire uniquement pour un niveau élevé de contraintes sur la main-d’œuvre. La marge brute annuelle moyenne de l'agriculteur est très sensible à DR et peu à VWP. Le gain marginal moyen par heure supplémentaire consacrée à la détection des chaleurs varie de 166 € à 450 €
Experiments on UAV rotor noise at low Reynolds and low Mach numbers
No full textThe present work outlines efforts at ISAE-SUPAERO to reduce the acoustic footprint of rotors operating at low Reynolds and low Mach numbers typical of small and medium scale drones.
An experimental campaign that aims at characterizing rotor noise is presented. The latter serves as a basis for validation of numerical approaches and to investigate the noise mechanisms. Data are obtained in an anechoic room with dimensions (wedge tip to wedge tip) 5.02x5.24x5.34 m3 and cut-off frequency 80 Hz. Aerodynamic loads as well as acoustic fields are recorded for two off-the-shelf (APC 9x6 SF and 11x4.7 SF) and four canonical rotors with different numbers of blades. Both near and far acoustic fields are measured using one microphone located one diameter away from the rotor plane and 13 microphones mounted on a directivity antenna. A range of rotation speed from 1,000 to 10,000 RPM is addressed, corresponding to Mach and Reynolds numbers up to 0.23 and 130,000 respectively.
Results presented in this article are related to two-bladed rotors and are validated using existing experimental data from the literature. They are then used to assess in-house numerical simulations (NL-VLM and CFD) and unravel the physics behind rotor noise at low Reynolds and low Mach numbers. This fundamental understanding will help draw general guidelines for the design of low noise rotors
Preliminary assessment of the fatigue strength of hybrid (bolted/bonded) joints as a function of the visco-elastic properties of the adhesive layer
Get PDFIn joined structures, the joint allows for the transfer of loads between the structural components. Consequently, the structural integrity is closely related to the ability of joints to sustain the considered load. However, ensuring the strength of the joint may require in some cases a local increase of the material volume (e.g. thickness, overlap length) leading to a weight overload [1]. The proper choice of joining technology is then decisive for the strength-to-mass ratio of the manufactured structures. Mechanical fastening or bolting, such as riveting or screwing, is a tailored joining technology, extensively applied for primary structural components in aeronautics. Adhesive bonding is also used by civilian aircraft manufacturers but under the condition of being associated with a redundant load transfer path so as to meet damage certification requirements. This latter joining technology is then not the most common design solution [2], even though it may offer higher static and fatigue strength than bolting at lower embedded mass. An alternative and interesting issue stands in the association of adhesive bonding with bolting leading to a hybrid (bolted/bonded) joining approach – termed HBB. The HBB joining technology can be considered as a relevant concept of waiting fail-safe structures [1]. Provided a judicious choice of the adhesive material, numerous experimental and numerical works demonstrated that HBB joining technology could lead to the increase of static and fatigue strengths while offering a redundant path load [3]. The objective of this work is to numerically assess the influence on the fatigue strength of HBB joints as a function of the inherent visco-elastic properties of the adhesive material. The numerical tests are based on the simplified stress analysis embedded through the macro-element technique [4]. Following Musto and Alfano [5], the adhesive layer is simulated as a standard linear solid with one Maxwell arm including a bilinear damage evolution law
Circularly Polarized Huygens Source Antenna Based on Two Stacked Dielectric Resonators
Get PDFIn this paper, a cross-shaped dielectric resonator antenna arranged in a stacked configuration is proposed to realize a Huygens source in circular polarization at 2:45 GHz ISM band. The antenna principle relies on the combination of two pairs of orthogonal electric and magnetic dipoles. The antenna is designed and optimized with numerical analysis using far-field simulations in Ansys HFSS. It finally has a radiation pattern oriented in one half-space without the use of a ground plane
Experimental and numerical studies of the plasmonic resonance of a low-pressure hemispherical plasma discharge in the upper VHF band
Get PDFThis paper aims to present investigations of the plasmonic resonance of a hemispherical plasma discharge in the high VHF band. First, this plasmonic resonance is experimentally studied by illuminating the plasma discharge with an incident plane wave and by measuring its response using a coaxial probe located directly inside the plasma. In order to validate the experimental results, a numerical study is then proposed by coupling plasma and electromagnetic simulations
Pushing open the door to reality: On facilitating the transitions from virtual to real environments
Get PDFThe recent rise of virtual reality technology has led researchers to investigate how to adapt transitions to virtual environments. Transitions play a key role in facilitating the return to reality, which is of particular importance when the virtual world is far more agreeable than the real world. In the present study, the efficacy of a door transition − an almost “transparent” door falling out the top of the virtual environment and controlled by the user − was evaluated and compared to two basic transitions: a direct transition and a fading transition. Participants reported a strong preference for the door transition that was evaluated as being smoother, more controllable, and greatly facilitated the return to reality. Moreover, the results showed that the door transition triggered no greater sickness in participants than the two other types of transition
Multifunctional homogeneous calcium phosphate coatings: Toward antibacterial and cell adhesive titanium scaffolds
Get PDFImplants for orthopedic applications need to be biocompatible and bioactive, with mechanical properties similar to those of surrounding natural bone. Given this scenario titanium (Ti) scaffolds obtained by Direct Ink Writing technique offer the opportunity to manufacture customized structures with controlled porosity and mechanical properties. Considering that 3D Ti scaffolds have a significant surface area, it is necessary to develop strategies against the initial bacterial adhesion in order to prevent infection in the early stages of the implantation, while promoting cell adhesion to the scaffold. The challenge is not only achieving a balance between antibacterial activity and osseointegration, it is also to develop a homogeneous coating on the inner and outer surface of the scaffold. The purpose of this work was the development of a single-step electrodeposition process in order to uniformly cover Ti scaffolds with a layer of calcium phosphate (CaP) loaded with chlorhexidine digluconate (CHX). Scaffold characterization was assessed by scanning electron microscopy, Energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, micro-Raman microscopy and compressive strength tests. Results determined that the surface of scaffolds was covered by plate-like and whisker-like calcium phosphate crystals, which main phases were octacalcium phosphate and brushite. Biological tests showed that the as-coated scaffolds reduced bacteria adhesion (73 ± 3% for Staphylococcus aureus and 70 ± 2% for Escherichia coli). In vitro cell studies and confocal analysis revealed the adhesion and spreading of osteoblast-like SaOS-2 on coated surfaces. Therefore, the proposed strategy can be a potential candidate in bone replacing surgeries
Can uncertainty propagation solve the mysterious case of snoopy ?
Get PDFIn 2015, a mysterious space debris entered the Earth’s atmosphere
under the name WT1190F. Even though it has
been observed before, its origin remains an enigma. Two
major candidates are considered: Snoopy, the lost lunar
module of mission Apollo 10, launched in 1969, and the
trans-lunar injection stage of Lunar Prospector, launched
in 1998.
This study case raises the following question: How is it
possible to compare 2 objects with their positions and uncertainties
measured at different dates? This article will
propose a probabilistic correlation criterion, able to compare
the behaviour of two sets with one another. This criterion
will then be evaluated on the case of WT1190F to
determine which candidate is more likely to be the space
debris