Reconstitution paléocéanographique du signal d15N : modélisation couplée physique et biogéochimique d'un Upwelling côtier.

Afin de reconstruire le signal isotopique sédimentaire dans un contexte d'upwelling côtier, nous avons développé un modèle couplé physique et biogéochimique pouvant prendre en compte le fractionnement des isotopes de l'azote au sein d'un réseau trophique. Le modèle biologique est un modèle NPZD (Nutriments, Phytoplancton, Zooplancton, Détritus) qui prend en compte le fractionnement des isotopes de l'azote lors de l'assimilation des nutriments et lors de l'excrétion du zooplancton. Le modèle physique POM (Princeton Ocean Model) simule la circulation de l'upwelling côtier. Appliqué pour différentes situations de niveaux marins, ce modèle couplé nous permet de reproduire les signaux sédimentaires d15N et flux d'azote organique et d'en tirer des conclusions sur les scénarios paléocéanographiques. Au large du Cap Blanc, Mauritanie, l'effet de la montée du niveau marin, par l'immersion de la plate forme continentale, semble être le principal facteur responsable lors de la dernière déglaciation des variations de flux d'azote organique et du signal isotopique au niveau des sédiments. Ceci nous permet de proposer que le bilan d'azote océanique au cours de la dernière déglaciation ait pu être plus équilibré et stable qu'initialement prévu. Cet effet s'accompagne d'une période de fonctionnement de l'upwelling qui aurait pu être plus longue au Dernier Maximum Glaciaire, aux environs de 10 mois, contre 4-5 mois pour l'actuel. Ce modèle a aussi été appliqué au système du Benguela (Afrique du Sud Ouest) pour étudier certains processus de recyclage.The purpose of this work is to develop a physical - biogeochemical coupled model able to take in account the nitrogen isotopes fractionation along a trophic food chain in order to reconstruct the sedimentary d15N signal in a coastal upwelling system. The biological model is a NPZD one (Nutrients, Phytoplankton, Zooplankton, Detritus) which computes the nitrogen isotopes fractionation during the nitrate uptake and the zooplankton excretion. The physical model POM (Princeton Ocean Model) simulates the coastal upwelling circulation. This coupled model is applied for different sea level situations to reproduce the sedimentary d15N and organic nitrogen flux signals, and we reconstruct some palaeoceanographic scenarios. Offshore Cap Blanc, Mauritania, the effect of the sea-level rise, inducing the shelf immersion, seems to be the main factor to explain the organic nitrogen flux and isotopic signal variations during the last deglaciation. We thus conclude that the global oceanic fixed nitrogen budget during the last glacial-interglacial transition may have been more balanced and stable than previously assumed. This effect is modulated by an upwelling seasonality that may have been much longer at the Last Glacial Maximum, around 10 months instead of 4-5 months at present. This model has been also successfully applied to the upwelling system of Benguela (South West Africa) to study some recycling processes

Méthodes et outils pour la conception optimale des réseaux de distribution d'électricité dans les aéronefs

In the aeronautics field, the last decade has been marked by a constant and gradual increase of the electrification rate of the embedded systems. Today, the More Electric Aircraft (MEA) is seen as a major axis of improvement for the aviation industry to achieve increasingly ambitious objectives: reducing environmental impact, rationalisation of maintenance costs...In the more electrical aircraft concept, the electrical network plays a major role. Today engineers must imagine new architectural solutions to ensure the electricity supply while minimizing weight and cost. In this context, the PhD work consists in providing new methods to support the design of electrical network architectures. The PhD work is divided into 2 parts which can be seen as 2 separate studies which are introduced in the chapter 1.The 1st part, treated in the chapters 2 and 3, develops methods and tools to solve problems automatically for 2 architecture tasks: the definition of the network reconfiguration and the identification of the electrical load allocation on busbars. The formalization of these two issues highlights a common characteristic: the combinatorial explosion. As the consequence, methods from operational research area are selected to solve the 2 tasks in the frame of a general and consistent design process. The reconfiguration aspects are solved by a methodology coupling together: graph theory to model the network connectivity, an expert system capturing know-how rules and linear programming selecting the most efficient reconfiguration. The approach was successfully applied on existing aircraft electrical networks (A400M and A350) and on future architectures. The second task, related to the electrical load allocation, is solved using stochastic methods. The genetic algorithm using a niching method is the best assessed optimization method. It provides good and diversified load allocations to the electrical network architect. The 2nd part, treated in the chapter 4, focuses on a new technological concept the « modular and mutualised power electronics center ». This distribution system, closely linked to the more electrical aircraft, aims at sharing « m » power electronics modules to « c » electrical loads. The methods developed in this PhD aim at carrying out an optimal design of this new power center with 2 design variables: the number « m » of modules and the reconfigurations between the « m » modules and the « c » loads. Again, the formalization of the problem highlights that the designer must deal with a combinatorial explosion. The main objective of this study is to propose a methodological framework for solving this design problem. A heuristic-based algorithm is developed to solve this combinatorial optimization problem. A particular attention is paid to develop an organized weight estimation procedure using generic sizing models. Finally a mapping is performed to identify the best solutions and to highlight the technological elements having the most significant impact on the complete system weightDans le domaine aéronautique, la dernière décennie a été marquée par une augmentation constante et progressive du taux d’électrification des systèmes embarqués. L’avion plus électrique est aujourd’hui vu comme un axe d’amélioration majeure pour l’industrie aéronautique permettant d’atteindre des objectifs toujours plus ambitieux : réduction de l’impact environnemental, rationalisation des coûts de maintenance… Dans ce contexte, le réseau de distribution électrique joue un rôle majeur. Les architectes doivent imaginer de nouveaux concepts architecturaux afin d’assurer le « service » de fourniture d’électricité tout en minimisant la masse et le coût. Ainsi les travaux de cette thèse proposent des méthodes d’aide à la conception pour les architectes de réseau. Le manuscrit se divise en 2 parties pouvant être vues comme 2 études distinctes et qui sont introduites dans le chapitre 1.La 1ère partie, traitée dans les chapitres 2 et 3, développe des méthodes et outils afin de résoudre de manière automatique et optimale 2 tâches de l’architecte : la définition des reconfigurations du réseau et l’identification de l’allocation des charges. La formalisation de ces 2 problématiques met en lumière une caractéristique commune : l’explosion combinatoire. Ainsi les résolutions sont réalisées à l’aide de méthodes issues de la recherche opérationnelle. Un processus général est défini afin de traiter les 2 tâches de manière consistante. Les aspects liés à la reconfiguration sont traités à l’aide de : la théorie des graphes pour modéliser la connectivité du réseau, un système expert capturant les règles métiers et la programmation linéaire sélectionnant les reconfigurations les plus performantes. La méthode a été appliquée avec succès sur des réseaux avions existants (A400M et A350) ainsi que sur des réseaux plus électriques prospectifs. La deuxième tâche consistant en l’allocation des charges a été résolue à l’aide de méthodes stochastiques. L’algorithme génétique utilisant une méthode de nichage se révèle être le plus performant en proposant à l’architecte réseau des solutions performantes et variées. La 2ème partie, traitée dans le chapitre 4, s’intéresse à un nouveau concept le « cœur électronique modulaire et mutualisé ». Cet organe de distribution, étroitement lié à l’avion plus électrique, se caractérise par la mutualisation de « m » modules électronique de puissance pour « c » charges électriques. Les méthodes développées dans le chapitre 4 vise à concevoir de manière optimale ce nouveau cœur en ayant 2 degrés de liberté : le nombre « m » de modules et les reconfigurations entre les « m » modules et les « c » charges. De nouveau, la formalisation du problème met en évidence l’explosion combinatoire à laquelle est confronté le concepteur. Le principal objectif de cette étude est de proposer un cadre méthodologique pour la résolution de ce problème de conception. Ainsi une heuristique a été développée pour résoudre ce problème combinatoire. Une attention particulière a été portée pour développer des modèles de composants simples et génériques dans une procédure générale organisée. Enfin une cartographie a été réalisée afin de dégager d’une part les formes de solutions les plus performantes et d’identifier les éléments ayant les impacts les plus significatifs sur la masse du système complet

Modeling δ15N evolution: First palaeoceanographic applications in a coastal upwelling system

The δ15N signal in marine sediments appears to be a good palaeoceanographic tracer. It records biological processes in the water column and is transferred to and preserved in the sediments. Changes in forcing factors in upwelling systems may be recorded by δ15N. These forcing conditions can be of a biogeochemical nature, such as the initial isotopic signal of the nutrients or the trophic structure, or of a physical nature, such as wind stress, insolation, temperature or dynamic recycling. A simple nitrogen-based trophic chain model was used to follow the development of the nitrogen isotopic signal in nutrients, phytoplankton, zooplankton and detritus. Detrital δ15N, influenced by the isotopic signature of the upwelled nutrients and isotopic fractionation along the trophic chain (photosynthesis and zooplankton excretion), was then compared to the sedimentary signal measured off Mauritania. In our model, the biological variables are transported at shallow depths by a simple circulation scheme perpendicular to the coast depicting a continental shelf recirculation cell. Because cell length depends on the extension of the continental shelf, modifications of the cell length mimic sea level changes. Long cell length (high sea level) scenarios produce higher δ15N values whereas short cell length scenarios result in lower values as in the glacial low sea level periods. Despite changes in many climatic parameters throughout this period, our results show that changing the sea level is sufficient to reconstruct the main pattern of the sedimentary δ15N variations offshore of the Mauritanian upwelling, i.e. an increase from about 3‰ to 7‰ during the deglaciation, without invoking any change in nitrogen fixation or denitrification

Load allocation problem for optimal design of aircraft electrical power system

More and more electric systems are embedded in today aircraft. As a result, the complexity of electrical power system design is increasing and the need of generic and efficient design methods is today required. Among numerous design tasks, the allocation of electric systems on the busbars of the electrical power system is considered as an important one since it has a direct impact on the aircraft mass. But due to the high number of possible allocations and regarding the large diversity of potential sizing cases for the equipments, finding the optimal allocation of electric loads is a hard task. In this paper, the problem is formalized mathematically. Then, four stochastic optimization methods are assessed on complex load allocation problems. Based on this assessment, a genetic algorithm using niching method is considered as the most appropriate algorithm for solving this aircraft design proble

Teaching drive control using Energetic Macroscopic Representation - expert level

International audienceThe Energetic Macroscopic Representation (EMR) has been developed in 2000 to develop control of electric drives. Since 2002 this graphical tool has been introduced to teach drive control in France, then Canada, Switzerland and China. The University of Lille proposes two drive control units using EMR for students in electrical engineering: initiation level and expert level. A first paper has described the initiation level with the simulation of an electric vehicle. This second paper deals with the content of the expert level unit and describes the simulation project of a wind energy conversion system using a MPPT (Maximal Power Point Tracking) strategy

Teaching drive control using Energetic Macroscopic Representation - expert level

International audienceThe Energetic Macroscopic Representation (EMR) has been developed in 2000 to develop control of electric drives. Since 2002 this graphical tool has been introduced to teach drive control in France, then Canada, Switzerland and China. The University of Lille proposes two drive control units using EMR for students in electrical engineering: initiation level and expert level. A first paper has described the initiation level with the simulation of an electric vehicle. This second paper deals with the content of the expert level unit and describes the simulation project of a wind energy conversion system using a MPPT (Maximal Power Point Tracking) strategy

Inversion-based control of electromechanical systems using causal graphical descriptions

Causal Ordering Graph and Energetic Macroscopic Representation are graphical descriptions to model electromechanical systems using integral causality. Inversion rules have been defined in order to deduce control structure step-bystep from these graphical descriptions. These two modeling tools can be used together to develop a two-layer control of system with complex parts. A double-drive paper system is taken as an example. The deduced control yields good performances of tension regulation and velocity tracking

Inversion-based control of electromechanical systems using causal graphical descriptions

Causal Ordering Graph and Energetic Macroscopic Representation are graphical descriptions to model electromechanical systems using integral causality. Inversion rules have been defined in order to deduce control structure step-bystep from these graphical descriptions. These two modeling tools can be used together to develop a two-layer control of system with complex parts. A double-drive paper system is taken as an example. The deduced control yields good performances of tension regulation and velocity tracking

Méthodes et outils pour la conception optimale des réseaux de distribution d'électricité dans les aéronefs

Dans le domaine aéronautique, la dernière décennie a été marquée par une augmentation constante et progressive du taux d électrification des systèmes embarqués. L avion plus électrique est aujourd hui vu comme un axe d amélioration majeure pour l industrie aéronautique permettant d atteindre des objectifs toujours plus ambitieux : réduction de l impact environnemental, rationalisation des coûts de maintenance Dans ce contexte, le réseau de distribution électrique joue un rôle majeur. Les architectes doivent imaginer de nouveaux concepts architecturaux afin d assurer le service de fourniture d électricité tout en minimisant la masse et le coût. Ainsi les travaux de cette thèse proposent des méthodes d aide à la conception pour les architectes de réseau. Le manuscrit se divise en 2 parties pouvant être vues comme 2 études distinctes et qui sont introduites dans le chapitre 1.La 1ère partie, traitée dans les chapitres 2 et 3, développe des méthodes et outils afin de résoudre de manière automatique et optimale 2 tâches de l architecte : la définition des reconfigurations du réseau et l identification de l allocation des charges. La formalisation de ces 2 problématiques met en lumière une caractéristique commune : l explosion combinatoire. Ainsi les résolutions sont réalisées à l aide de méthodes issues de la recherche opérationnelle. Un processus général est défini afin de traiter les 2 tâches de manière consistante. Les aspects liés à la reconfiguration sont traités à l aide de : la théorie des graphes pour modéliser la connectivité du réseau, un système expert capturant les règles métiers et la programmation linéaire sélectionnant les reconfigurations les plus performantes. La méthode a été appliquée avec succès sur des réseaux avions existants (A400M et A350) ainsi que sur des réseaux plus électriques prospectifs. La deuxième tâche consistant en l allocation des charges a été résolue à l aide de méthodes stochastiques. L algorithme génétique utilisant une méthode de nichage se révèle être le plus performant en proposant à l architecte réseau des solutions performantes et variées. La 2ème partie, traitée dans le chapitre 4, s intéresse à un nouveau concept le cœur électronique modulaire et mutualisé . Cet organe de distribution, étroitement lié à l avion plus électrique, se caractérise par la mutualisation de m modules électronique de puissance pour c charges électriques. Les méthodes développées dans le chapitre 4 vise à concevoir de manière optimale ce nouveau cœur en ayant 2 degrés de liberté : le nombre m de modules et les reconfigurations entre les m modules et les c charges. De nouveau, la formalisation du problème met en évidence l explosion combinatoire à laquelle est confronté le concepteur. Le principal objectif de cette étude est de proposer un cadre méthodologique pour la résolution de ce problème de conception. Ainsi une heuristique a été développée pour résoudre ce problème combinatoire. Une attention particulière a été portée pour développer des modèles de composants simples et génériques dans une procédure générale organisée. Enfin une cartographie a été réalisée afin de dégager d une part les formes de solutions les plus performantes et d identifier les éléments ayant les impacts les plus significatifs sur la masse du système complet.In the aeronautics field, the last decade has been marked by a constant and gradual increase of the electrification rate of the embedded systems. Today, the More Electric Aircraft (MEA) is seen as a major axis of improvement for the aviation industry to achieve increasingly ambitious objectives: reducing environmental impact, rationalisation of maintenance costs...In the more electrical aircraft concept, the electrical network plays a major role. Today engineers must imagine new architectural solutions to ensure the electricity supply while minimizing weight and cost. In this context, the PhD work consists in providing new methods to support the design of electrical network architectures. The PhD work is divided into 2 parts which can be seen as 2 separate studies which are introduced in the chapter 1.The 1st part, treated in the chapters 2 and 3, develops methods and tools to solve problems automatically for 2 architecture tasks: the definition of the network reconfiguration and the identification of the electrical load allocation on busbars. The formalization of these two issues highlights a common characteristic: the combinatorial explosion. As the consequence, methods from operational research area are selected to solve the 2 tasks in the frame of a general and consistent design process. The reconfiguration aspects are solved by a methodology coupling together: graph theory to model the network connectivity, an expert system capturing know-how rules and linear programming selecting the most efficient reconfiguration. The approach was successfully applied on existing aircraft electrical networks (A400M and A350) and on future architectures. The second task, related to the electrical load allocation, is solved using stochastic methods. The genetic algorithm using a niching method is the best assessed optimization method. It provides good and diversified load allocations to the electrical network architect. The 2nd part, treated in the chapter 4, focuses on a new technological concept the modular and mutualised power electronics center . This distribution system, closely linked to the more electrical aircraft, aims at sharing m power electronics modules to c electrical loads. The methods developed in this PhD aim at carrying out an optimal design of this new power center with 2 design variables: the number m of modules and the reconfigurations between the m modules and the c loads. Again, the formalization of the problem highlights that the designer must deal with a combinatorial explosion. The main objective of this study is to propose a methodological framework for solving this design problem. A heuristic-based algorithm is developed to solve this combinatorial optimization problem. A particular attention is paid to develop an organized weight estimation procedure using generic sizing models. Finally a mapping is performed to identify the best solutions and to highlight the technological elements having the most significant impact on the complete system weightTOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF