INFLUENCE DE L’INTERACTION SOL STRUCTURE SUR LA REPONSE SISMIQUE DES BATIMENTS

Selon les caractéristiques de la structure et le mouvement du sol, l’interaction sol structure peut avoir un effet sur la magnitude des forces induites à la structure en question. La réponse sismique d’une structure se trouve toujours liée à la forme avec laquelle les mouvements sismiques du sol sont transmis à travers ses fondations au système fondationstructure. La complexité du problème d’interaction sol structure réside dans l’intégration et le couplage des deux éléments, le sol et la structure. Ce phénomène peut décrire les effets qui se produisent dans le plan du contact sol/structure, de sorte que, dans l’analyse de la réponse dynamique, non seulement les propriétés structurelles soient incluses mais également les propriétés du sol sous-jacent. L’interaction sol structure peut donc contribuer à amplifier ou à diminuer la réponse dynamique de la structure. L’influence de l’interaction sol structure sur les bâtiments en béton armé est étudiée. L’analyse de la réponse sismique des structures à savoir le déplacement et l’évolution de l’effort tranchant développé à la base des structures avec et sans interaction montre l’importance de la prise en compte de ce phénomène au stade de la conception du projet pour différents types de sol comme préconisé par la réglementation en vigueur

Etats de surface de pièces métalliques obtenues en Fabrication Directe par Projection Laser (FDPL) : compréhension physique et voies d’amélioration

The process of direct manufacturing by projection laser ( FDPL), is a process of additive manufacturing which allows to make rooms(parts,plays) of complex shape directly from a file CAD, without tool and without mold(mussel). One of its major inconveniences is the bad quality of the states of surface obtained (Ra upper to 15 µm) which requires systematically stages of remanufacturing. In this context, and within the framework of the project ANR " aspect ", this thesis(theory) has for double objective a better understanding of the origin of the degraded states of surface, and the development of various innovative experimental solutions allowing to improve the states of surface. At first, by considering simple geometries (walls) in alloy of titanium Ti-6Al-4V, we studied the interactionLe procédé de fabrication directe par projection laser (FDPL), est un procédé de fabrication additive qui permet de fabriquer des pièces de forme complexe directement à partir d'un fichier CAO, sans outil et sans moule. L'un de ses inconvénients majeurs est la mauvaise qualité des états de surface obtenus (Ra supérieur à 15 μm) qui nécessite systématiquement des étapes de ré-usinage. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet ANR « ASPECT », cette thèse a pour double objectif une meilleure compréhension de l'origine des états de surface dégradés, et le développement de différentes solutions expérimentales innovantes permettant d'améliorer les états de surface.Dans un premier temps, en considérant des géométries simples (murs) en alliage de titane Ti-6Al-4V, nous avons étudié l'interaction faisceau laser / jet de poudre / bain liquide métallique par différents diagnostics (caméra rapide, caméra thermique, pyrométrie…) pour comprendre l'évolution de la géométrie, la thermique et l'hydrodynamique de la zone fondue (ZF). Ces analyses nous ont permis de corréler les évolutions des ZF à celles des états de surface, et de mettre en évidence, sur le Ti-6Al-4V la prépondérance des effets de tension superficielle sur les effets de gravité, dans l'équilibre des ZF, et l'effet bénéfique de zones fondues larges et profondes combinées à de faibles hauteurs par couche, dans la réduction des micro et macro-rugosités. La réduction du débit massique local Dm* en vis-à-vis des parois latérales et l'augmentation du rayon de courbure des ZF avec l'élargissement des ZF (donc avec des rapports El= P/V (J/m) élevés) sont à l'origine des effets bénéfiques obtenus. Différents modèles analytiques et numériques ont également été utilisés ou développés, en complément des résultats expérimentaux, pour décrire le procédé (modèle d'interaction laser-poudre, modèle numérique thermique 3D du procédé, modèle de calcul des ondulations périodiques).En utilisant un large spectre de conditions expérimentales, et une caractérisation rigoureuse des conditions de fabrication (analyses de faisceau, de jet de poudre …) nous avons également apporté des améliorations notables à la qualité des états de surface obtenus. Ainsi, l'utilisation d'un éclairement laser uniforme plutôt que quasi-Gaussien, ou l'utilisation d'un régime quasi-pulsé plutôt que continu ont permis, sur le Ti-6Al-4V de réduire significativement les gradients thermiques en ZF et les mouvements de convection de Marangoni associés, et d'obtenir des qualités d'états de surface fortement améliorées (Ra< 3 µm) par rapport aux études antérieures sur le sujet.Pour finir, une partie de l'étude s'est concentrée sur l'utilisation d'un autre matériau: l'acier inoxydable 316L, afin d'analyser l'influence de la nature chimique et des propriétés thermo-physiques de la poudre projetée sur la qualité des états de surface. Les résultats ont montré que, contrairement à l'alliage de titane, les meilleures rugosités étaient obtenues pour les énergies linéiques El (J/m) les plus faibles, en raison de la formation, à El élevé, de macro-agglomérats de poudre sur les parois des murs. Ce résultat confirme la difficulté d'une approche prédictive globale des états de surface à partir des paramètres thermo-physiques des matériaux projetés

Prédiction des interactions substrat/liant lors de la granulation : Etude expérimentale dans un mélangeur à fort taux de cisaillement, approches thermodynamiques par simulation moléculaire

Cette étude est consacrée à la granulation humide en discontinu des poudres pharmaceutiques par pulvérisation des solutions liantes dans un granulateur à fort taux de cisaillement. Ce travail a pour objectif de développer des méthodologies prédictives et des outils d'investigation permettant de mieux choisir les paramètres thermodynamiques locaux et de procédé de mise en forme de produits afin d'assurer des propriétés d'usage bien définies des produits finaux. Nous avons donc étudié l'influence des paramètres liés au procédé, des propriétés thermodynamiques de couple liant/solide et la solubilité du support solide. La caractérisation des énergies de surface et de la mouillabilité des poudres par les différentes solutions liantes a été effectuée par la détermination de l'angle de contact. La détermination des paramètres de solubilité ou de cohésion a été effectuée en utilisant la simulation par dynamique moléculaire. L'ensemble de nos résultats ont montré que le processus de granulation dépend d'un nombre adimensionnel Caw défini comme le rapport entre la force de friction et le travail d'adhésion. Pour Caw inférieur à 1 la force motrice de la granulation est la force interfaciale dépendant du travail d'adhésion. L'effet de la viscosité du liquide devient prononcé pour des valeurs Caw supérieures à 1,65. De plus nos résultats ont montré que les approches basées sur les paramètres de solubilité et les énergies de surface peuvent nous orienter dans le choix du liant le plus approprié. ABSTRACT : This study deals with the batch wet granulation of pharmaceutical products with binder solution in high shear mixer. This work aims to develop a predictivemethodology and investigation tolls to choose the thermodynamic parameters and the process variables in order to ensure the quality of granules properties produced. Hence, we studied the effect of process variables, products thermodynamics variables and solid solubility. The characterisation of the surface free energy and the wetting of the powder are performed using the contact angle. The molecular simulation is used to calculate the solubility or the cohesions parameters. It is found that the agglomeration depend on adimensional number Caw which characterises the ratio between the friction forces to the work of adhesion. For Caw lower than 1, the dominant forces in the granulation process are the capillary and/or interfacial forces. Also, increasing the work of adhesion enhances the growth kinetics. The viscous forces predominate when the Caw becomes higher than 1.65, and the granule growth is controlled by the dissipation of the viscous forces. Moreover, the results of our study show that the solubility parameters and the surface free energy approaches can be used for the selection of a suitable binder in high shear mixer granulation

Méthode de choix de modèles acoustiques à l'aide de plans d'expériences - application à un téléphone mains-libres

Ce document présente une adaptation de la méthode des plans d'expériences à l'acoustique. La méthode des plans d'expériences est conçue pour modéliser un système, ou un procédé, de façon empirique, à l'aide d'une caractérisation systématique du système basée sur un critère statistique. Cette méthode est utilisée pour la caractérisation d'un système lorsqu'une méthode théorique est impossible ou trop longue. Cette technique n'est pas commune en acoustique. Elle a tout de même été employée dans quelques cas d'application pour déterminer quels paramètres affectent la réponse acoustique d'un système ou d'un produit. La variable ou la réponse évaluée était une variable discrète tandis que, dans la méthode proposée, c'est une variable à valeurs multiples, un spectre de fréquence, qui constitue un outil plus pratique pour une analyse acoustique avancée. Les résultats sont présentés sur un spectre en fréquence dans lequel l'effet du facteur est une courbe en grandeur physique (dB) et le test de Fisher est représenté par deux courbes correspondant aux limites inférieure et supérieure de signification de l'effet de l'erreur. Ces deux courbes sont aussi en dB. La méthode est appliquée à un téléphone mains libres où, dans le but de développer un modèle de prédiction, il est important de déterminer quels facteurs structuraux affectent la réponse acoustique du téléphone et dans quelles gammes de fréquence. Les résultats sur la caractérisation du système et l'analyse des phénomènes physiques sont validés de trois manières: premièrement, avec une conception expérimentale complémentaire, deuxièmement, avec une méthode expérimentale plus classique et, troisièmement, avec une simulation sur ordinateur

Analyse méthodologique de la modélisation numérique des équations de la physique des milieux continus à l’aide de la méthode des éléments finis – FLUX-EXPERT : un système d’aide à la construction de logiciels

A general methodology for the numerical modeling of partial differential equations using the finite element method is proposed. Its application to physics equations of continuous media is exposed. EXPERT, a computer system implementing these results, has been built, tested, and applied to several characteristics studies.Une méthodologie générale de la modélisation numérique des équations aux dérivées partielles à l'aide de la méthode des éléments finis est proposée. Son application aux équations de la physique des milieux continus est exposée. Un système informatique EXPERT mettant en œuvre ces résultats a été construit, testé, et appliqué à plusieurs études caractéristiques

Simulations aéroélastiques d'ailes oscillantes multi-segments par méthode vortex

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010Le travail de recherche présenté dans ce mémoire vise à étudier l'impact de la flexibilité de la corde sur l'aérodynamique d'ailes oscillantes en régime de propulsion à bas Reynolds pour une application de nano-véhicules aériens et pour ce faire, de développer un outil de modélisation aéroélastique approprié. L'idée de base de ce projet est de considérer une flexibilité discrète avec une aile articulée composée de segments rigides reliés entre eux par des joints torsionnels élastiques. Une telle approche de flexibilité discrète implique la résolution de la dynamique des corps rigides couplée à la résolution d'un écoulement de fluide incompressible. La méthode des particules lagrangiennes vortex est utilisée pour résoudre l'écoulement autour de ces multiples corps rigides en mouvement arbitraire. Le couplage fluide-structure im-plémenté permet de prendre en considération iV segments rigides dont la dynamique est gouvernée à la fois par un mouvement imposé sur l'un d'eux, par les forces aérodynamiques générées par l'écoulement à chaque instant et par les forces élastiques des joints unissant les segments entre eux. L'ajout d'une boucle de sous-itérations supplémentaire dans la méthode vortex a été nécessaire pour doter cette interaction fluide-structure (FSI) d'un couplage "fort". La mise au point d'un tel outil a permis d'étudier l'impact de divers paramètres de flexibilité discrète sur la propulsion à aile oscillante à bas nombre de Reynolds. On constate qu'il est possible d'augmenter les performances d'une aile oscillante en propulsion (soit en poussée ou soit en rendement énergétique) en modifiant la position et la rigidité des articulations élastiques ou le ratio de densité des corps solides par rapport au fluide. Ce travail ouvre donc la voie à l'optimisation de la distribution de flexibilité le long de la corde pour les applications aérodynamiques à faibles nombres de Reynolds

Les impacts de la morphologie urbaine sur le vent : performance d'énergie éolienne à l'échelle de quartier

This work concentrates on wind flow simulation by CFD techniques in different urban fabrics at the neighborhood scale (450m × 450m), in order to assess the impacts of urban morphology on wind energy potential. Facing local and global environmental problems, the development of renewable energy is becoming increasingly urgent and important. Our goal is to adapt the urban morphology in the development of urban wind energy. To do so, two fundamental questions are aroused: What are the impacts of urban morphology on the wind flow in the city? How to evaluate the urban wind power? We start with a summary of bibliography on three areas: urban wind energy, urban morphology and CFD (Computational fluid dynamics) simulation. The advantages and disadvantages of different urban wind turbines are discussed. Some new technologies and methods of architectural integration of small wind turbine are presented. Indicators of urban morphology are proposed. The methods of CFD simulation of wind flow around buildings are presented. To validate our model of air flow simulation, we start with a study of the numerical simulation parameters with the reference of a benchmark of wind tunnel experiments. Several methods of verification before and after the CFD simulation are presented. After validation of our model, we begin to simulate some simple forms. With one, two and three buildings, the impacts of different simple configurations parameters are analyzed. Considering the effectiveness and feasibility, wind energy assessment is mainly taken over the roofs of buildings. The combined effects of altitude and wind concentration above the roof, are evaluated. We then simulate more complex morphological models, by assessing the wind potential in six neighborhoods that are urban forms both worldwide typical and favorable for wind energy development. Morphological indicators that potentially affect the wind flow are proposed. Analysis of coherence are made between these indicators and the values of the coefficient of increase of wind speed and of the wind power indicator above the roof. Then, some prototypes of basic urban forms from real neighborhoods are studied. The influence of some modifications of these prototypes on the wind energy potential is analyzed, and the most favorable conditions for the exploitation of wind power prototypes are recommended. Then, wind energy in a real neighborhood in Beijing is evaluated. Local conditions (physical forms, climate, social-economic aspects) are considered to assess the feasibility of developing wind energy. The location and the choice of techniques suitable urban wind turbines are discussed. Finally, a mathematical method based on some simple morphological parameters is presented, in order to assess wind potential above the rooftops. The obstacle impact indicator of the buildings is defined. The coherence between the results of the simplified mathematical method and those of CFD simulation are analyzed.Ce travail vise à modéliser la propagation du vent par des techniques de simulation de CFD dans des tissus urbains contrastés à l’échelle du quartier (450m × 450m) afin d'évaluer les impacts de la morphologie urbaine sur le potentiel énergétique éolien. Face aux problèmes environnementaux locaux et globaux, le développement des énergies renouvelables devient de plus en plus urgent à l’échelle mondiale. Notre objectif est d’adapter la morphologie urbaine au développement du captage de l’énergie éolienne. Pour ce faire, deux questions fondamentales sont posées : quels sont les impacts de la morphologie urbaine sur l'écoulement du vent dans la ville ? Comment évaluer le potentiel énergétique éolien de la ville ? Nous partons d’une synthèse bibliographie sur les trois domaines : l'énergie éolienne urbaine, la morphologie urbaine et la simulation aéraulique. Les avantages et les inconvénients des éoliennes urbaines sont discutés. Des indicateurs de morphologie urbaine sont ainsi proposés. Les méthodes de simulation CFD (Mécanique des fluides numérique) sur l'écoulement du vent autour de bâtiments sont présentées. Des nouvelles technologies et des méthodes d'intégration architecturale de petites éoliennes sont ainsi présentées. Pour valider notre modèle, nous faisons une étude approfondie des paramètres du code ANSYS FLUENT avec la référence des données d’un benchmark issu d'expérimentations en soufflerie. Plusieurs méthodes de vérification avant et après les simulations sont proposées. Après validation de notre modèle, des simulations de formes simples sont faites. Avec un bâtiment, deux bâtiments et trois bâtiments, les impacts de différents paramètres simples de configuration sont analysés. En raison de leur efficacité et de leur faisabilité, l'évaluation énergétique est principalement faite au-dessus des toits de bâtiments. Les effets de la concentration du vent au-dessus des toits sont ainsi évalués. Nous simulons ensuite des modèles morphologiques plus complexes, par l’évaluation du potentiel éolien dans six quartiers de formes urbaines typiques dans le monde et favorables pour exploiter l'énergie éolienne. Treize indicateurs morphologiques ayant potentiellement une influence sur l'écoulement du vent sont proposés. Des analyses de cohérence entre les indicateurs morphologiques et les indicateurs d'évaluation de l'énergie éolienne au-dessus des toits sont faites. Ensuite, des variantes de formes urbaines typiques sont étudiées. L’influence de certaines modifications de ces prototypes sur le potentiel éolien est étudiée et les prototypes les plus favorables pour l'exploitation de l'énergie éolienne sont proposés. L'énergie éolienne dans un quartier existant à Pekin est ensuite évaluée. Des conditions locales (formes physiques, climat, aspects socio-économiques) sont considérées pour évaluer la faisabilité du développement de l’énergie éolienne. L'emplacement et le choix des techniques d’éoliennes urbaines adaptées sont discutés. Enfin, une méthode mathématique basée sur des paramètres morphologiques simples est présentée pour évaluer le potentiel éolien au-dessus des toits. L'indicateur de l'impact d'obstacle des bâtiments est défini. La cohérence entre les résultats de la méthode mathématique et ceux de la simulation CFD est enfin analysée

Conception d'un contrôleur adaptatif et implantation sur un système de climatisation à débit d'air variable

Dans la plupart des cas, les systèmes de climatisation sont équipés de contrôleur proportionnel et intégral (PI). Leur fonction est de maintenir le paramètre contrôlé sur la valeur de référence ou point de consigne. Pourtant, plusieurs cas d'oscillation de température d'air d'alimentation ont été observés sur les systèmes à volume d'air variable (VAV). Les cas d'instabilité observés sont occasionnés par une politique d'ajustement des contrôleurs PI élaboré selon des paramètres PI prédéfinis. Pour éviter ce problème, un contrôleur adaptif est proposé. Ce contrôleur adaptatif identifie la dynamique du système en ligne avec un algorithme récursif dans le but d'ajuster adéquatement les paramètres PI du contrôleur. Pour traiter le problème ci haut mentionné, nous avons cherché des concepts de contrôle existants pour ensuite choisir les meilleurs et constituer le contrôleur adaptatif. Enfin nous avons programmé les algorithmes du contrôleur adaptatif sur un microcontrôleur ATmega16 et l'avons installé sur un des systèmes VAV étudié pour effectuer le test final. Les résultats obtenus permettent de conclure que le contrôleur adaptatif proposé permet une plus grande stabilité que le contrôleur PI de référence caractérisé par des paramètres PI prédéfinis