Modélisation des couches minces électriques dans les bio-microsystèmes

Analysis and manipulation of biological solutions or cells in micro-electromechanical systems has considerably improved during last years. In such systems, it is common to use electric fields, in order e.g. to increase cells membrane porosity, which is known as electroporation, and thus allow for gene transfection. Electric fields can also generate the motion of cells in a solutio(l by (di-)electrophoresis effects or induce the movement of the solution itself, through electro-hydrodynamic effects. Finding theoretical models for those phenomena requires a multiiphysic and multi-scale approach. The ions present in the saline solution react mechanically to the electrical excitation of the system. They migrate to the regions close to the electrodes, in very thin layers whose parameters vary in non-obvious ways, depending namely on the power supply conditions. The text focuses on electro-hydrodynamic applications in which a flow is generated by electric forces acting on the ions present in the solution, mostly in thin charge layers near the electrodes. Experimental results and simple existing models are first presented for 2D coplanar electrodes systems. Regarding the important differences between models and experimentation, more complete models are then proposed and tested. In spite of the improvements of those new models, some important differences remain, so that a fully decoupled approach of electrical and mechanical aspects is needed, which is pursued on a 1D structure. This new study allows for a better understanding of the dependences of some physical parameters with regard to supply conditions, with a systematic comparison of experimental results and non-linear circuit models results. A frequency approach with Bode diagrams is used, as well as a time approach with Lissajous figures. It has been shown that some phenomena are of practical and fundamental importance, which are not always taken into account in more general and global models: saturation phenomena, non constant physical parameters, border effects, ... Practical applications have been deduced and tested experimentally, in the case of micro-mixing. A brief study is also mentioned, concerning the modeling of cells with extremely thin membranes compared to the other characteristic dimensions of the system, in the perspective e.g. of electroporation applications. Another short study is performed about the potential use of " meshless " numerical methods for the solving of this kind of applications, focusing more specifically on the solving of a Poisson problem in 2D.L'utilisation de systemes électromécaniques microstructures pour analyser et manipuler des solutions biologiques ou des cellules vivantes (bio-MEMS) à pris un essor considérable ces dernières années. Dans ce genre de dispositifs, I'utilisation de champs électriques est frequente que ce soit pour percer les membranes des cellules et effectuer une transfection de gènes par exemple (électroporation), pour les déplacer ((di )électrophorèse) ou agir sur Ie milieu dans lequel elles baignent (électro-hydrodynamique). La modélisation des phénomènes induits par ces champs électriques dans les solutions aqueuses est un probleme multi-physique et multi-échelle. Au deplacement des électrons s'ajoute en effet la migration des ions présents dans la solution. Ceux-ci se concentrent en particulier aux abords des électrodes formant des couche minces dont les paramètres évoluent de façon encore mal connue en fonction notamment des conditions d'alimentation. La thèse se concentre sur les applications électro-hydrodynamiques dans lesquelles une solution saline est mise en mouvement par des forces électriques agissant sur ses ions, concentrés dans des couches de charges minces, au voisinage des électrodes. Sont d'abord presentés les resultats experimentaux et des modèles simples du problème électromécanique dans Ie cas de structures 2D à électrodes coplanaires. Devant I'importance des écarts entre les résultats théoriques et expérimentaux, des modèles plus complets sont alors proposés et évalués. Malgré les ameliorations fournies par ces modèles, des écarts importants subsistent entre théorie et expérimentation, et une étude totalement découplée des aspects électriques et mécaniques est alors réalisée sur une structure 1D. Cette étude permet de mieux cerner Ies dependances de certains paramètres physiques vis-a-vis des conditions d'alimentation avec une comparaison systématique des résultats expérimentaux et des résultats de modèles circuits Iinéaires et non linéaires, au travers d'une approche fréquentielle par diagrammes de Bode et d'une approche temporelle par figures de Lissajous. II a ainsi pu être mis en évidence I'importance pratique potentielle de certains phénomènes rarement pris en compte dans des modèles globaux : saturation des couches minces, permittivité non constante, effets de bords, ... Des applications pratiques ont pu etre dégagées et testées experimentalement, dans Ie domaine des micro-mélangeurs. Outre ces développements, une brève étude est décrite, portant sur la modélisation des cellules et de leurs membranes extrêmement fines en regard des autres dimensions caractéristiques du systeme, dans la perspective par exemple d'applications en électroporation. Une autre étude est faite portant sur I'utilisation potentielle de méthodes numériques dites " sans maillage " pour ce type d'applications, I'accent étant mis sur Ia résolution du problème de Poisson dans des systèmes 2D

Impact of smart charging on the EV battery ageing - Discussion from a 3 years real life experience

Smart charging is related to a possible adjustment of the charging sequences with some energetic constraints. It can be defined in different ways, namely depending on the specific objectives. However, they all result in similar consequences for the charging sequences, with regard to conventional charging: potential delay, interruption(s) and power modulation of the charging cycles. It is commonly admitted that smart charging will be necessary to face the growing deployment of EVs, namely for the local grid operators. Moreover, from the user point of view, smart charging can be seen as an additional motivation for the choice of an EV instead of a conventional car, if e.g. lower electricity tariffs are proposed for charging flexibility. In this paper, a quantitative evaluation is performed of EV battery ageing, in function of the charging conditions, with a special focus on the smart charging specificities. The study is based on real data from a three years continuous monitoring of five Peugeot iOn cars, a first of a kind campaign that was performed in Belgium in the Brussels area during the period 2011-2014. Different use profiles and charging patterns were observed. Among other elements, battery capacity and battery efficiency and their evolution in time were calculated, taking into account various factors, such as the seasonal impacts. It will first be highlighted that, whatever their charging patterns, all the considered cars are showing a significant flexibility potential, making them good candidates for smart charging. The impact of smart charging on battery ageing will then be discussed, with a focus on the charging frequency, the average state of charge and the impact of faster versus slower charge on battery capacity. This long time monitoring period allows to clearly identify the time evolution trends, leading to unique conclusions from the real life

Modélisation des couches minces électriques dans les bio-microsystèmes

Analysis and manipulation of biological solutions or cells in micro-electromechanical systems has considerably improved during last years. In such systems, it is common to use electric fields, in order e.g. to increase cells membrane porosity, which is known as electroporation, and thus allow for gene transfection. Electric fields can also generate the motion of cells in a solutio(l by (di-)electrophoresis effects or induce the movement of the solution itself, through electro-hydrodynamic effects. Finding theoretical models for those phenomena requires a multiiphysic and multi-scale approach. The ions present in the saline solution react mechanically to the electrical excitation of the system. They migrate to the regions close to the electrodes, in very thin layers whose parameters vary in non-obvious ways, depending namely on the power supply conditions. The text focuses on electro-hydrodynamic applications in which a flow is generated by electric forces acting on the ions present in the solution, mostly in thin charge layers near the electrodes. Experimental results and simple existing models are first presented for 2D coplanar electrodes systems. Regarding the important differences between models and experimentation, more complete models are then proposed and tested. In spite of the improvements of those new models, some important differences remain, so that a fully decoupled approach of electrical and mechanical aspects is needed, which is pursued on a 1D structure. This new study allows for a better understanding of the dependences of some physical parameters with regard to supply conditions, with a systematic comparison of experimental results and non-linear circuit models results. A frequency approach with Bode diagrams is used, as well as a time approach with Lissajous figures. It has been shown that some phenomena are of practical and fundamental importance, which are not always taken into account in more general and global models: saturation phenomena, non constant physical parameters, border effects, ... Practical applications have been deduced and tested experimentally, in the case of micro-mixing. A brief study is also mentioned, concerning the modeling of cells with extremely thin membranes compared to the other characteristic dimensions of the system, in the perspective e.g. of electroporation applications. Another short study is performed about the potential use of " meshless " numerical methods for the solving of this kind of applications, focusing more specifically on the solving of a Poisson problem in 2D.L'utilisation de systemes électromécaniques microstructures pour analyser et manipuler des solutions biologiques ou des cellules vivantes (bio-MEMS) à pris un essor considérable ces dernières années. Dans ce genre de dispositifs, I'utilisation de champs électriques est frequente que ce soit pour percer les membranes des cellules et effectuer une transfection de gènes par exemple (électroporation), pour les déplacer ((di )électrophorèse) ou agir sur Ie milieu dans lequel elles baignent (électro-hydrodynamique). La modélisation des phénomènes induits par ces champs électriques dans les solutions aqueuses est un probleme multi-physique et multi-échelle. Au deplacement des électrons s'ajoute en effet la migration des ions présents dans la solution. Ceux-ci se concentrent en particulier aux abords des électrodes formant des couche minces dont les paramètres évoluent de façon encore mal connue en fonction notamment des conditions d'alimentation. La thèse se concentre sur les applications électro-hydrodynamiques dans lesquelles une solution saline est mise en mouvement par des forces électriques agissant sur ses ions, concentrés dans des couches de charges minces, au voisinage des électrodes. Sont d'abord presentés les resultats experimentaux et des modèles simples du problème électromécanique dans Ie cas de structures 2D à électrodes coplanaires. Devant I'importance des écarts entre les résultats théoriques et expérimentaux, des modèles plus complets sont alors proposés et évalués. Malgré les ameliorations fournies par ces modèles, des écarts importants subsistent entre théorie et expérimentation, et une étude totalement découplée des aspects électriques et mécaniques est alors réalisée sur une structure 1D. Cette étude permet de mieux cerner Ies dependances de certains paramètres physiques vis-a-vis des conditions d'alimentation avec une comparaison systématique des résultats expérimentaux et des résultats de modèles circuits Iinéaires et non linéaires, au travers d'une approche fréquentielle par diagrammes de Bode et d'une approche temporelle par figures de Lissajous. II a ainsi pu être mis en évidence I'importance pratique potentielle de certains phénomènes rarement pris en compte dans des modèles globaux : saturation des couches minces, permittivité non constante, effets de bords, ... Des applications pratiques ont pu etre dégagées et testées experimentalement, dans Ie domaine des micro-mélangeurs. Outre ces développements, une brève étude est décrite, portant sur la modélisation des cellules et de leurs membranes extrêmement fines en regard des autres dimensions caractéristiques du systeme, dans la perspective par exemple d'applications en électroporation. Une autre étude est faite portant sur I'utilisation potentielle de méthodes numériques dites " sans maillage " pour ce type d'applications, I'accent étant mis sur Ia résolution du problème de Poisson dans des systèmes 2D

Plug-to-wheel energy balance - Results of a two years experience behind the wheel of electric vehicles

In this paper, a plug-to-wheel energy balance is made of battery electrical vehicles. The study is based on real data from a two years continuous monitoring of five Peugeot iOn cars, that was performed in Belgium since June 2011, with the financing and support of Electrabel. Different driving styles, trip profiles, type and intensity of use were observed, leading to different energy patterns. The AC/DC vehicle (slow) charge efficiency and brake energy recovering are considered, as well as battery efficiency and auxiliary consumption. In particular, seasonal impacts on battery efficiency and auxiliary consumption are taken into account. This gives valuable information that cannot be obtained from theoretical, e.g. NEDC measuring conditions. A broad range of values is obtained for the average plug-to-wheel efficiency. The resulting well-to-wheel efficiency is slightly better than the one of classical cars, but can still be significantly improved. The consumption of the auxiliaries is of particular importance in the total balance. Because of a higher impact of the auxiliary consumption, cars with a higher urban use show a globally lower plug-to-wheel efficiency. This is an important result when considering the urban trips as the primary segment for EV, and should encourage the EV manufacturers to focus on the reduction of auxiliary consumption. On a yearly basis, regenerative braking can be sufficient to compensate, and even over-compensate the plug-to-battery losses. The average battery losses are limited, even if they can be significant during the cold days

Modélisation des couches minces électriques dans les bio-microsystèmes

L'utilisation de systemes électromécaniques microstructures pour analyser et manipuler des solutions biologiques ou des cellules vivantes (bio-MEMS) à pris un essor considérable ces dernières années. Dans ce genre de dispositifs, I'utilisation de champs électriques est frequente que ce soit pour percer les membranes des cellules et effectuer une transfection de gènes par exemple (électroporation), pour les déplacer ((di )électrophorèse) ou agir sur Ie milieu dans lequel elles baignent (électro-hydrodynamique). La modélisation des phénomènes induits par ces champs électriques dans les solutions aqueuses est un probleme multi-physique et multi-échelle. Au deplacement des électrons s'ajoute en effet la migration des ions présents dans la solution. Ceux-ci se concentrent en particulier aux abords des électrodes formant des couche minces dont les paramètres évoluent de façon encore mal connue en fonction notamment des conditions d'alimentation. La thèse se concentre sur les applications électro-hydrodynamiques dans lesquelles une solution saline est mise en mouvement par des forces électriques agissant sur ses ions, concentrés dans des couches de charges minces, au voisinage des électrodes. Sont d'abord presentés les resultats experimentaux et des modèles simples du problème électromécanique dans Ie cas de structures 2D à électrodes coplanaires. Devant I'importance des écarts entre les résultats théoriques et expérimentaux, des modèles plus complets sont alors proposés et évalués. Malgré les ameliorations fournies par ces modèles, des écarts importants subsistent entre théorie et expérimentation, et une étude totalement découplée des aspects électriques et mécaniques est alors réalisée sur une structure 1D. Cette étude permet de mieux cerner Ies dependances de certains paramètres physiques vis-a-vis des conditions d'alimentation avec une comparaison systématique des résultats expérimentaux et des résultats de modèles circuits Iinéaires et non linéaires, au travers d'une approche fréquentielle par diagrammes de Bode et d'une approche temporelle par figures de Lissajous. II a ainsi pu être mis en évidence I'importance pratique potentielle de certains phénomènes rarement pris en compte dans des modèles globaux : saturation des couches minces, permittivité non constante, effets de bords, ... Des applications pratiques ont pu etre dégagées et testées experimentalement, dans Ie domaine des micro-mélangeurs. Outre ces développements, une brève étude est décrite, portant sur la modélisation des cellules et de leurs membranes extrêmement fines en regard des autres dimensions caractéristiques du systeme, dans la perspective par exemple d'applications en électroporation. Une autre étude est faite portant sur I'utilisation potentielle de méthodes numériques dites sans maillage pour ce type d'applications, I'accent étant mis sur Ia résolution du problème de Poisson dans des systèmes 2D.Analysis and manipulation of biological solutions or cells in micro-electromechanical systems has considerably improved during last years. In such systems, it is common to use electric fields, in order e.g. to increase cells membrane porosity, which is known as electroporation, and thus allow for gene transfection. Electric fields can also generate the motion of cells in a solutio(l by (di-)electrophoresis effects or induce the movement of the solution itself, through electro-hydrodynamic effects. Finding theoretical models for those phenomena requires a multiiphysic and multi-scale approach. The ions present in the saline solution react mechanically to the electrical excitation of the system. They migrate to the regions close to the electrodes, in very thin layers whose parameters vary in non-obvious ways, depending namely on the power supply conditions. The text focuses on electro-hydrodynamic applications in which a flow is generated by electric forces acting on the ions present in the solution, mostly in thin charge layers near the electrodes. Experimental results and simple existing models are first presented for 2D coplanar electrodes systems. Regarding the important differences between models and experimentation, more complete models are then proposed and tested. In spite of the improvements of those new models, some important differences remain, so that a fully decoupled approach of electrical and mechanical aspects is needed, which is pursued on a 1D structure. This new study allows for a better understanding of the dependences of some physical parameters with regard to supply conditions, with a systematic comparison of experimental results and non-linear circuit models results. A frequency approach with Bode diagrams is used, as well as a time approach with Lissajous figures. It has been shown that some phenomena are of practical and fundamental importance, which are not always taken into account in more general and global models: saturation phenomena, non constant physical parameters, border effects, ... Practical applications have been deduced and tested experimentally, in the case of micro-mixing. A brief study is also mentioned, concerning the modeling of cells with extremely thin membranes compared to the other characteristic dimensions of the system, in the perspective e.g. of electroporation applications. Another short study is performed about the potential use of meshless numerical methods for the solving of this kind of applications, focusing more specifically on the solving of a Poisson problem in 2D.CACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

From KCL to Class D Amplifier

From a circuit point of view, the starting point of the students coming out of the secondary school is roughly limited to describing the flow of electrical charges through a simple loop. Nevertheless, one and a half years later, they can design, simulate, build and test the core of a Class D amplifier while meeting demanding learning objectives. This paper relates the story of a project conducted in the context of an undergraduate electrical engineering program. Circuits and system concepts are introduced from the beginning of the first year in a physics course, and are applied to a project during the second term. A circuit theory course and the Class D amplifier project are run in parallel during the second term of the second year. Effective learning is facilitated by a mixture of lectures covering the necessary concepts and self-directed laboratory experiments allowing active acquisition of problem solving skills. At the end of the project, enthusiastic students can listen to the sound of their MP3 player through the amplifier that results from their teamwork. A survey indicates that the outcomes of the project are in line with the expected results of a problem- and project-based learning environment

Apprentissage par projet en électricité (partie 1): Conception et réalisation d’un système de filoguidage électromagnétique

La formation d’ingénieur à l’Université catholique de Louvain a été réorganisée selon un principe de pédagogie active (apprentissage par problèmes et par projets). Ainsi, il est proposé aux étudiants qui entament leur spécialisation en électricité ou en électromécanique, un projet leur permettant d’aborder à la fois les notions d’électromagnétisme et les notions de circuits électriques et de faire le lien entre ces deux matières. Dans cet article, nous présentons en détails un de ces projets, consistant pour les étudiants à réaliser un capteur de suivi de ligne, ainsi que son électronique de traitement. Des variantes sont également exposées, s’articulant autour de différents types de capteurs intégrés. Nous détaillons les moyens et l’approche mis en oeuvre et tirons les conclusions relatives à l’organisation de ces projets

Contextualiser et augmenter l'attractivité de l'enseignement de base des circuits électriques via l'étude et la réalisation d'un amplificateur audio de classe D

En Belgique au niveau de la formation des ingénieurs universitaires, la réforme de Bologne a conduit à remplacer l'approche traditionnelle de deux ans de formation générale suivie de trois ans de spécialisation par une approche de type 3+2 (bachelor degree, master) dans laquelle les étudiants choisissent au cours du premier cycle des modules “ techniques ”, tels que l'électricité, la mécanique, la chimie- physique, ..., les préparant à des masters de spécialisation dans ces domaines. Dans ce contexte où des choix se font très tôt dans le curriculum, offrir via des activités de projet une approche qui permet aux étudiants de découvrir des aspects du métier liés à une discipline peut jouer un rôle significatif au niveau de l'attractivité des formations proposées. C'est dans ce contexte que la présente communication décrit une expérience de projet réalisée cette année et montrant comment l'enseignement des circuits électriques peut permettre aux étudiants de comprendre les principes et réaliser un prototype d'un dispositif en prise directe avec la technologie actuelle, à savoir un ampli audio de classe D

Impacts of electricity mix, charging profile, and driving behavior on the emissions performance of battery electric vehicles : a Belgian case study

A

Electric Vehicle Performance and Consumption Evaluation

In this article, the driving performance of two electric vehicles of the latest generation clean powertrain cars is evaluated. The vehicles under test are an electric Peugeot iOn, and an AGV electric version of the Ford Transit Connect. For different torque-speed operating conditions at wheel level, the vehicles are evaluated for their battery to wheel - electrical to mechanical - power conversion performance, with the help of chassis dynamometer testing. This generates an insight in the mapping of the consumption and efficiency value ranges for electric driving. The vehicles are also tested in real life on-road conditions, by following a pre-set representative track on public roads. Charging efficiency and consumption of auxiliaries is considered too. These tests give insight and realistic values to judge consumption, driving range and efficiency. With these results, further calculations and accurate simulations of realistic scenarios are possible Document type: Articl