Simulation numérique et optimisation du procédé d'injection soufflage cycle chaud

Le procédé d'injection soufflage est rendu accessible aux presses d'injection standard à travers le procédé d'injection soufflage cycle chaud, sans stockage puis réchauffe de la préforme. Le but étant de rendre accessible la production de petites séries de pièces creuses à des entreprises possédant un parc machine de presse à injecter. Les pièces sont réalisées en polypropylène et sont soufflées juste après avoir été injectées. Ce processus implique que la préforme se doit d'être suffisamment malléable pour être soufflée mais suffisamment visqueuse pour éviter de se rompre durant la phase de soufflage. Ces contraintes conduisent à une fenêtre de mise en oeuvre réduite, comprise entre la température de fusion du polymère et la température de cristallisation, soit le domaine ou le polypropylène est à l'état amorphe mais suffisamment froid pour avoir une viscosité conséquente sans cristalliser. Ce procédé cycle chaud implique des gradients de température, de grands taux d'étirages et d'importantes cinétiques de refroidissement. Des mesures de rhéométrie à l'état fondu sont réalisées pour identifier le comportement de la matière dans la plage de température du procédé, de même que des tests de calorimétrie différentielle. Un modèle rhéologique de Cross est utilisé, avec la dépendance thermique prise en compte par une loi d'Arrhénius. Le procédé est simulé à l'aide d'un logiciel de calcul par éléments finis dédié aux écoulements de fluides complexes (POLYFLOW) dans l'espace de travail ANSYS Workbench. La géométrie autorise une approche axisymétrique, facilitant ainsi la modélisation. Le calcul transitoire est lancé sous conditions anisothermes et l'auto-échauffement est considéré. Des études de sensibilité sont réalisées et révèlent l'influence de paramètres procédé tels que le comportement du matériau, la pression de soufflage et le champ de température initial. Des mesures d'épaisseurs sont réalisées en utilisant une méthode de traitement d'image permettant l'analyse des images numérisées de pièces découpés. Les résultats simulés sont comparés aux mesures expérimentales. Le modèle est en bon accord avec les mesures

Plastification en injection des polymères fonctionnels et chargés

L objectif principal de la thèse est de modéliser et visualiser les phénomènes de plastification des polymères dans le procédé d injection-moulage. Dans les procédés de transformation des polymères par un système vis-fourreau (extrusion, injection), la plastification est l étape durant laquelle le polymère originellement à l état solide est graduellement fondu et homogénéisé par le chauffage externe et l action mécanique de la friction contre les parois de l outillage et du cisaillement. Cette étape est capitale dans la maîtrise technique et économique du procédé, en termes d homogénéité thermique, de mélange des charges et de temps de séjour du polymère. Nous envisageons de visualiser et modéliser l ensemble du processus de plastification dans les monovis d injection. Afin de comprendre et de mesurer cette étape, nous avons conçu, validé et réalisé un fourreau à fenêtres. Ce système se compose de trois fenêtres de visualisation, insérées dans un fourreau en acier usiné par électroérosion. Le comportement mécanique de cet assemblage a été analysé par simulation numérique, sous différentes sollicitations thermiques, pressions et contraintes. L hétérogénéité des matériaux de structure (acier verre) a fait apparaître des problèmes potentiels de fuites, de fragilité qui ont été pris en compte dans la conception. Ce fourreau à fenêtres nous permet de visualiser et de suivre à l'aide des caméras scientifiques, les différents états du polymère une fois introduit dans l ensemble vis-fourreau. Les résultats confirment les hypothèses théoriques de la plastification. Certains sont mis en évidence, comme l existence d un lit solide adossé à l arrière du filet de la vis, ainsi que son évolution par rapport à la vitesse de rotation de la vis, ou l apparition des films fondus entre le filet de la vis et le lit solide, et entre la paroi du fourreau et le lit solide. Certains sont par contre à vérifier par d autres expériences, comme par exemple : l apparition de la rupture du lit solide quelle que soit la vitesse de rotation de la vis, la valeur de la vitesse du lit solide par rapport à la vitesse de rotation de la vis. Nous souhaitons aussi, grâce à ce système "fourreau transparent", pouvoir étudier, modéliser et visualiser les aspects de dispersion et de mélange des charges (traceurs, pigments, mélange maître) au sein de la matrice polymère à l état solide ou fondu.The main objective of the thesis is modelling and visualization of the phenomena of polymer plastication in the injection-moulding process. In injection moulding or in extrusion, plastication is the step during which polymer pellets are melted by the means of mechanical dissipation provided by a rotating screw and by thermal conduction coming from a heated metallic barrel. This step is crucial for melt thermal homogeneity, charge dispersion and fibre length preservation. Although there have been a large number of theoretical and experimental studies of plastication during the past decades, mostly on extrusion and mostly using the screw extraction technique, extremely few of them have dealt with trying to visualise plastication, let alone measuring the plastication profile in real-time. As a matter of fact, designing such equipment is an arduous task. We designed an industry-sized metallic barrel, featuring 3 optical glass windows; each window possessing 3 plane faces itself to allow for visualisation and record by synchronised cameras and lightening by lasers. The mechanical behaviour of this assembly was analysed by numerical simulation under different thermal stresses, pressures and constraints. The heterogeneity of structural materials (steel - glass) showed potential leakage problems, or fragility problems, that have been taken into account in the design. We named it "transparent barrel" or "barrel with glass windows". This "transparent barrel" allows us to visualize and follow through scientific cameras, the different states of the polymer when introduced into the screw-barrel. The images recorded can be further analysed by digital image processing. Preliminary results confirm the plastication theory and show a compacted solid bed and a melt pool side by side. The total plastication length is a direct function of screw rotation frequency as it is obvious from results on the melt pool width, which increases when the screw rotation frequency decreases. However, some evidence of solid bed breakage has been recorded, whereby the solid bed does not diminish continuously along the screw but is fractured in the compression zone. Some others results need to be checked with others experiments. We also wish, through this system "transparent barrel", to study, modelling and visualize the aspects of dispersion and mixing charges (tracers, pigments, master batch) in the matrix polymer.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Habitation

Dans un contexte concurrentiel accru, les industries doivent développer de nouvelles solutions pour répondre à des défis majeurs (innovation, design, fonctionnalité, consommation…). La plastronique, qui est au confluent des domaines de la plasturgie et de l’électronique, permet de répondre à ces nouvelles attentes, en proposant des objets intelligents et connectés. Elle offre la possibilité de concevoir des systèmes de forme complexe 3D. Dans ce contexte de rupture technologique, l’innovation est à l’interface du génie électrique, de la mécatronique et de la plasturgie. Elle fait également appel à des domaines connexes et indispensables tels que la physique et la chimie. La convergence de ces domaines rend indispensable l’acquisition de nouvelles connaissances et compétences transverses dans les métiers de demain. Pour répondre à ces besoins, une formation en plastronique est en émergence à l’Université de Lyon. Les modalités seront décrites dans cet article. Les compétences initiales des apprenants seront élargies pour acquérir les bases théoriques et pratiques de la conception de systèmes plastroniques. Cette formation s’appuiera sur des projets concrets en lien direct avec les acteurs variés de la filière (aéronautique, médical, robotique, etc.). Le prototypage y tiendra une place importante, en permettant de confronter les apprenants à des problématiques industrielles concrètes

Nitrous oxide does not produce a clinically important sparing effect during closed-loop delivered propofol-remifentanil anaesthesia guided by the bispectral index: a randomized multicentre study†‡

Background Nitrous oxide (N2O) offers both hypnotic and analgesic characteristics. We therefore tested the hypothesis that N2O administration decreases the amount of propofol and remifentanil given by a closed-loop automated controller to maintain a similar bispectral index (BIS). Methods In a randomized multicentre double-blind study, patients undergoing elective surgery were randomly assigned to breathe 60% inspired N2O (N2O group) or 40% oxygen (AIR group). Anaesthesia depth was evaluated by the proportion of time where BIS was within the range of 40-60 (BIS40-60). The primary outcomes were propofol and remifentanil consumption, with reductions of 20% in either being considered clinically important. Results A total of 302 patients were randomized to the N2O group and 299 to the AIR group. At similar BIS40-60 [79 (67-86)% vs 76 (65-85)%], N2O slightly decreased propofol consumption [4.5 (3.7-5.5) vs 4.8 (4.0-5.9) mg kg−1 h−1, P=0.032], but not remifentanil consumption [0.17 (0.12-0.23) vs 0.18 (0.14-0.24) µg kg−1 min−1]. For the subgroups of men, at similar BIS40-60 [80 (72-88)% vs 80 (70-87)%], propofol [4.2 (3.4-5.3) vs 4.4 (3.6-5.4) mg kg−1 h−1] and remifentanil [0.19 (0.13-0.25) vs 0.18 (0.15-0.23) µg kg−1 min−1] consumptions were similar in the N2O vs AIR group, respectively. For the subgroups of women, at similar BIS40-60 [76 (64-84)% vs 72 (62-82)%], propofol [4.7 (4.0-5.8) vs 5.3 (4.5-6.6) mg kg−1 h−1, P=0.004] and remifentanil [0.18 (0.13-0.25) vs 0.20 (0.15-0.27) µg kg−1 min−1, P=0.029] consumptions decreased with the co-administration of N2O. Conclusions With automated drug administration titrated to comparable BIS, N2O only slightly reduced propofol consumption and did not reduce remifentanil consumption. There was a minor gender dependence, but not by a clinically important amount. Clinical trial registration This study was registered at ClinicalTrials.gov, number NCT0054720

LES PLANTES TOXIQUES DE NOUVELLE-CALEDONIE ET DU VANUATU

LYON1-BU Santé (693882101) / SudocSudocFranceF

Gestion d'une constellation de satellites de surveillance de la terre (autonomie et coordination)

Le travail consiste, dans le cadre d'une mission de surveillance des volcans et des feux de forêts terrestres à l'aide d'une constellation de satellites évoluant en orbite basse, à montrer que les effets cumulés des limitations de communication entre les satellites et les opérateurs au sol ainsi que les contraintes de réactivité induites par la mission imposent la présence de mécanismes de décision décentralisés à bord de chaque satellite. Notre approche pour la gestion autonome des activités mission à bord tient compte au mieux des contraintes dynamiques de l'environnement : les décisions sont prises au dernier moment, n'engagent l'engin autonome que sur une faible durée, et le temps disponible pour raisonner est utilisé au maximum. En suivant ces principes, la sélection des observations à enclencher à bord est effectuée à l'aide d'un algorithme anytime de type programmation dynamique, tandis que la planification des images à télédécharger au cours d'une fenêtre de visibilité avec un centre de mission au sol utilise un algorithme glouton. Dans un contexte un peu moins contraint dynamiquement nous montrons l'intérêt de cette approche dans le cadre d'une coordination de l'ensemble des satellites de la constellation effectuée de façon centralisée par un centre de commande au sol. Des simulations mettant en jeu l'ensemble des agents du système sur des scénarios réalistes permettent de comparer les mécanismes d'optimisation utilisés à des méthodes de décision basiques, et de montrer l'apport d'une coordination sol et d'une autonomie bord sur le retour global du système.TOULOUSE-ISAE (315552318) / SudocSudocFranceF

Rhéologie de polymères fondus dans des entrefers micrométriques

Depuis quelques années, la microplasturgie est un secteur en plein développement. Cependant, le comportement rhéologique des matériaux polymères dans des géométries très minces (dimension inférieure à 100 m) n est pas bien caractérisé. Peu de travaux ont été entrepris à ce sujet, en particulier en ce qui concerne les écoulements de Poiseuille qui sont pourtant les plus représentatifs des conditions de mise en œuvre usuelles. Ainsi, ce travail a pour but la mise au point d une méthode expérimentale permettant d obtenir des données pertinentes afin de caractériser de façon approfondie le comportement des matériaux polymères en écoulement de Poiseuille dans des géométries micrométriques. Afin de décrire au mieux la physique de tels écoulements, nous avons également cherché à les simuler numériquement, soit en utilisant des lois de comportement classiques, soit à l aide de modèles se référant à la dynamique moléculaire. Pour atteindre ces objectifs, une filière à fente plate instrumentée avec des capteurs de pression et température, d entrefer variant entre 50 et 200 m, a été conçue afin d effectuer des mesures à l aide d un rhéomètre capillaire. Ce dispositif a été validé en confrontant les mesures à celles obtenues par d autres méthodes (rhéométrie capillaire en filière classique et rhéométrie dynamique). Le glissement à la paroi a également été étudié, selon la méthode de Mooney. La simulation numérique de l écoulement a d abord été réalisée à l aide de POLYFLOW®. L effet de la pression sur la géométrie ainsi que sur le matériau polymère a été étudié. Puis, l écoulement a également été simulé sous MATLAB® en utilisant des lois constitutives de type moléculaire basées sur le modèle du tube de Doï-Edwards ainsi que sur le concept de Molecular Stress Function introduit par Wagner pour rendre compte des effets d orientation des molécules (variation du diamètre du tube) dans le champ de contraintes. L écart constaté entre ces calculs et les résultats expérimentaux est expliqué et discuté à la lumière des simulations sous POLYFLOW®. Il modifie les perspectives d étude de ce type d écoulements.The rheological behavior of polymer melts in microscale geometries is not really understood yet. In such processes which involve gaps thinner than 100 m (e.g. micro-injection molding), the material behaves differently compared to macroscopic flows. Besides, most polymer processing techniques involve pressure flows and only very few studies can be found about pressure flows in such thin geometries. The aim of this study was, first, to develop an experimental method which can provide relevant data about the rheological behavior of polymer melts in pressure flow taking place in microscale geometries. In order to get better descriptions of the physics involved in such flows, numerical simulation with commercial and home-made softwares was also implemented, especially with molecular dynamics constitutive models. Thus, a modular rheometrical slit die equipped with pressure and temperature transducers was designed to be adapted to a capillary rheometer, with different gap dimensions available, between 50 m and 200 m. The device was assessed by comparing to usual rheological ones, and wall slip was investigated according to Mooney s method. Then, simulation of the flow was performed with POLYFLOW®. The pressure effect on the geometry and on the polymer material was investigated. Besides, simulation was also conducted with MATLAB® by implementing the Doi-Edwards tube model (reptation theory) and the Molecular Stress Function concept of Wagner to take into account the enhanced orientation of the molecules due to the very close vicinity of the die walls. Experimental results were compared to calculations, and the discussion of the discrepancies was supported by POLYFLOW® simulations. The conclusions somewhat modify the prospects for future studies of such flows.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

A New Numerical algorithm for two-phase flows drift-flux model with staggered grid in porous media

FLICA4 is a 3D compressible code dedicated to reactor core analysis. FLICA4 solves for two-phase flows in porous media using a compressible drift-flux model [2]. To derive convective fluxes, FLICA4 uses a specific finite volume numerical method based on an extension of the Roe’s approximate Riemann colocated solver [3]. The method is developped to solve 1D flows. It requires adjustments to solve for 2D or 3D flows, at low Mach number, on a cartesian mesh. As Mach number goes to zero, in some extreme 2D or 3D cases, the native method does converge but the solution is not consistent with the analytical or experimental solution [4]. A so-called “pressure correction“ is added to the initial solver to derive an accurate solution. However, this extra term produces checkerboard oscillations in space for most applications of interest, even when solving for 1D flows. These checkerboard oscillations are sometimes critical and may lead to unstable solutions or divergence of the solver. The paper presents the analysis of an alternative numerical algorithm to solve for compressible drift-flux model in the low Mach regime. The current study aims at investigating a new compressible scheme that is both accurate and robust at low Mach number on staggered grids. The actual behavior of the new scheme is tested against simplified nuclear core ”boiling channel” study cases in the low Mach regime. The tests are extended to compressible regime for flows exhibiting both shock waves and no shock waves. The paper shows that the alternative numerical algorithm leads to numerical solutions that are very close to analytical solutions. Moreover, no more checkboard oscillations are generated. Therefore, the algorithm is a real improvement to FLICA4 current numerical method