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Université de Franche-Comté, Université Mouloud Mammeri (Algérie)
/ 26-11-2008
Belkhir Abderrahmane
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Cette thèse constitue un ensemble de travaux et de réflexions sur la question de la modélisation des applications électromagnétiques en nano-optique en utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Dans un premier temps, des codes FDTD bidimentionnels pour le calcul de bandes interdites photoniques ont été mis en oeuvre. Ces algorithmes tiennent comptes de la dispersion des métaux nobles dans la gamme optique décrite par le modèle de Drude ou de Drude-Lorentz. Ces programmes FDTD permettent de tenir compte de la propagation soit dans le plan perpendiculaire au plan d’invariance (appelé "cas dans le plan" ou "in-plane" en anglais) pour les deux polarisations TE et TM ainsi que le cas d’une propagation quelconque hors du plan (ou off-plane). Plusieurs diagrammes de bandes sont calculés et présentés pour les structures carrées et triangulaires dans les cas diélectriques et métalliques. Ensuite, nous avons implémenté un code BOR-FDTD, basé sur la discrétisation des équations de Maxwell exprimées en coordonnées cylindriques, pour la modélisation des guides d’ondes (ou d’autres objets) à symétrie de révolution. Les conditions absorbantes PML pour décrire l’espace libre sont intégrées à la BOR-FDTD ainsi que les deux modèles de Drude et de Drude-Lorentz. Des simulations ont été effectuées pour le calcul de modes propres de guides d’ondes coaxiaux et cylindriques sub-longueurs d’ondes faits en métal parfait et en métal réel (argent par exemple). Les résultats montrent la possibilité de guider des signaux optiques sans beaucoup de pertes dans un guide coaxial fait en argent de dimensions sublongueur d’onde. Ce dernier résultat est original et constitue une très importante avancée dans le domaine de la "nanoconnectique" en optique, plus particulièrement pour l’optique intégrée. Puis, un autre code numérique FDTD-3D a été élaboré pour la modélisation des structures périodiques (type cristaux photoniques tridimensionnels) éclairées en incidence oblique. Ce code intègre aussi les couches absorbantes PML ainsi que les modèles de dispersion de Drude et de Drude-lorentz. Les résultats obtenus sont comparés à ceux issus d’autres modèles théoriques. Les applications de ce code à l’étude de radôme, à l’excitation du mode TEM de la structure métallique à ouvertures annulaires et aux calculs des spectres d’extinction Raman montrent l’efficacité de la FDTD pour la modélisation de telles structures.
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Université de Franche-Comté
/ 25-11-2008
Imbaud Joël
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Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l’amélioration des sources ultra-stables de fréquences dans le domaine des temps courts (typiquement inferieurs à une minute). Deux voies d’investigations ont été explorées : la première concerne l’évaluation des potentialités des matériaux de la famille de la langasite (LGS). Une classification des coefficients de qualité (Q) des matériaux LGS et langatate (LGT) en fonction de leurs provenances a été mise en évidence. Les premiers prototypes de résonateurs à ondes de volume ont été réalisés dans un cristal de LGT à fort Q. A cette occasion un procédé de fabrication spécifique a été mis au point. Une électronique d’oscillateur et un packaging thermique adaptés aux caractéristiques de ces résonateurs ont été développés. Enfin, ces premiers prototypes d’oscillateurs ont été caractérisés en terme de stabilité temporelle et de vieillissement. La seconde voie exploratoire concerne la mise en place d’un ensemble expérimental permettant la réfrigération d’oscillateurs à résonateurs à ondes de volume à des températures inférieures à celles de l’hélium liquide (4,2K). Pour cela, des résonateurs en quartz de coupe SC et LD, et en LGT de coupe Y, ont été caractérisés à basses températures. Une campagne de mesures systématiques a révélé des coefficients de qualité exceptionnels pour certains modes de vibration. Par ailleurs, différents modèles de transistors ont été testés et l’une des références testées a été modélisée simplement, à température cryogénique. Deux premiers prototypes d’oscillateurs à résonateur à quartz de coupe SC ont été développés puis testés à basses températures. Il en résulte les toutes premières caractérisations en termes de stabilité temporelle.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 14-11-2008
Maker Hattab
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Ce mémoire de thèse est une contribution à la résolution du problème de l optimisation de la gestion d énergie dans un véhicule a pile a combustible. Ce véhicule est équipé d une une pile de type PEMFC, utilisée comme source principale et un module de supercondensateurs comme source d appoint de puissance. L adaptation des niveaux de tension entre les sources et la charge dans le véhicule nécessite deux convertisseurs DC-DC, l un de type Boost, l autre Buck/Boost, permettant de maintenir constante la tension du bus continu et d imposer la puissance ou le courant demandé par la charge. L optimisation de la gestion d énergie dans le véhicule a pour objectif d établir une nouvelle loi de gestion d énergie robuste et précise permettant d améliorer les performances du véhicule en termes d accélération et de longévité. Dans ce volet, la commande optimale sous contraintes a été adoptée. Elle a permis d établir une gestion optimale de l énergie provenant de la pile a combustible en tenant compte des contraintes subies par celle-ci. La commande par mode de glissement a été utilisée pour contrôler les convertisseurs DC-DC. Deux stratégies de cette commande ont été étudiées et réalisées expérimentalement : la première concerne une surface de glissement linéaire. La seconde utilise une surface de glissement munie d une action intégrale. Ce travail a été clôturé par l association des deux commandes pour contrôler les convertisseurs DC-DC pour forcer les deux sources du véhicule à suivre les trajectoires de référence fournies par la commande optimale. Les simulations ont permis de montrer la complémentarité entre ces deux commandes.
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Université de Franche-Comté
/ 05-11-2008
Omara Abdeslam
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On présente les résultats d’une simulation numérique de la convection mixte conjuguée transitoire dans un tube vertical soumis à un flux de chaleur constant et uniforme. Le fluide pénètre le tube par le haut et se dirige vers le bas ; on est en présence d’un problème de convection mixte contrariée. Les équations de conservations dans le fluide et dans la paroi sont résolues numériquement en utilisant la méthode des volumes finis. Le couplage
pression-vitesse est assuré en utilisant l’algorithme SIMPLE. On analyse l’influence des propriétés physiques et géométriques sur l’évolution transitoire des grandeurs thermiques (flux de chaleur à l’interface paroi-fluide et distribution radiale de température) et sur les grandeurs dynamiques (coefficient de frottement et champs des vecteurs vitesses).
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Université de Franche-Comté, ENSMM
/ 24-10-2008
Dragomir Otilia Elena
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L'activité de "pronostic de défaillances" est aujourd'hui considérée comme un processus clef dans les stratégies de maintenance industrielle. Cependant, dans la pratique, les outils de pronostic sont encore rares. Les approches aujourd'hui stabilisées reposent sur un historique des incidents assez conséquent pour être représentatif des événements potentiellement prévisibles. L'objet de cette thèse est de proposer un "outil" permettant de prédire la dégradation d'un équipement sans connaissance a priori sur son comportement, et de générer les indicateurs de pronostic permettant d'optimiser les stratégies de maintenance. Dans cet objectif, notre contribution se décline en trois aspects complémentaires. - Un premier volet de travail traite de la formalisation du processus de pronostic. Le concept de pronostic est défini et positionné par rapport aux stratégies de maintenance. Différents mesures typées pronostic sont proposées et les outils utilisables dans ce contexte sont étudiés (nature, applicabilité, guide de choix). - Le coeur du travail porte ensuite sur la spécification d'un système neuro-flou permettant de reproduire l'évolution des propriétés d'un équipement, et de prédire un état de dégradation au cours du temps. Plus précisément les développements visent la proposition d'une architecture neuro-floue permettant de satisfaire un objectif de contrôle de l'erreur de prédiction, quel que soit l'horizon de prédiction. - Nous développons finalement une approche floue/possibiliste d'adaptation des processus classiques d'évaluation prévisionnelle des grandeurs de sûreté de fonctionnement au cas prédictif (fiabilité, MTTF). Ces indicateurs doivent permettre in fine d'optimiser les stratégies de maintenance en tenant compte de l'incertitude inhérente à l'étape de prédiction des dégradations.
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Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort – Montbéliard (UTBM)
/ 07-10-2008
Chnani Moussa
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Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet européen « FELICITAS », dont l’ambition est le développement de générateurs piles à combustible performants pour les applications transport de type ferroviaire, routier lourd et maritime. Les travaux présentés sont une contribution à l’évaluation d’une hybridation de sources originale où sont couplées en série une pile haute température de type oxyde solide (SOFC) alimentée en diesel et une pile basse température de type électrolyte polymère (PEFC). La SOFC participe ainsi à la fourniture de puissance électrique et contribue également au procédé de purification du combustible destiné à la PEFC en oxydant une fraction du monoxyde de carbone. Une approche de modélisation macroscopique a été développée. La complexité d’une pile à combustible réside notamment dans la prise en compte de son caractère multiphysique : elle est le siège des phénomènes électrochimique, fluidiques et thermiques. Cette difficulté a été surmontée en utilisant une analogie avec un circuit électrique équivalent pour unifier ses trois aspects, implanter et coupler ces sous-modèles dans un logiciel unique sous Matlab/Simulink™. Un modèle de pile SOFC est proposé, appliquant le principe d’analogie électrique pour les circuits anodiques et cathodiques ainsi qu’une méthode nodale pour le comportement thermique. Le combustible considéré est un mélange d’hydrogène, d’azote, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau, dont la composition est proche de celle obtenue à la sortie d’un reformeur. Un banc d’essai spécifique a été conçu et réalisé pour le test de petits empilements afin de valider le modèle. Deux types de conception de stack ont été étudiés : une technologie à combustion libre du gaz anodique dans le fluide et une technologie à collecteur de gaz d’échappement anodique.
Un modèle de pile PEFC isotherme a également été développé sur le même principe. La validation expérimentale a été faite sur un banc disponible au laboratoire. Une bibliothèque des éléments fluidique d’un générateur à pile à combustible a été enrichie (électrovanne, régulateur de débit, détendeur…) notamment par un modèle simplifié de compresseur d’air.
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Université de Franche-Comté
/ 11-09-2008
Chedevergne Fany
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L'analyse des pressions plantaires est un procédé auquel les praticiens recourent de plus en plus pour observer les troubles de l'équilibre et de la marche de leur patient. Qualifier et quantifier l'appui du pied au sol permet de juger de la santé du système neuro-musculaire, d'établir un diagnostic médical, de réaliser un suivi, mais aussi de prévenir de futurs traumatismes. Les outils d'acquisition des pressions plantaires, ou baropodomètres, sont multiples et variés mais leur fonctionnalité ne répond pas complètement au besoin médical. Peu d'entre eux permettent l'observation de la marche pieds nus et aucun ne la permet de façon reproductible sur de nombreux pas consécutifs. C'est pourquoi, cette étude porte sur un nouvel outil baropodométrique préalablement mis au point dans notre laboratoire : un chausson équipé de capteurs de force. Un premier prototype est d'abord analysé, testé et caractérisé. Il se révèle n'être adapté qu'à une utilisation clinique avec des individus sains. Après plusieurs améliorations mécatroniques, un nouveau prototype est proposé pour l'analyse de la marche de tout individu quelle que soit sa pathologie. Le traitement des données est également développé à l'intention du praticien pour lui permettre une analyse aisée et rapide de la marche grâce à un système d'affichage graphique précis. Les premières applications cliniques montrent que l'outil est encore perfectible quant à sa précision de mesure. Cependant, l'évolution de la répartition des pressions plantaires est clairement indiquée au cours du temps. L'outil est utilisable aussi bien en milieu clinique qu'en contexte écologique chez le patient lui-même. L'analyse de l'équilibre comme celle de la locomotion pourront se faire de façon plus spontanée et régulière que ce soit chez les patients âgés sujets aux risques de chutes, ou chez les patients diabétiques sujets aux risques d'ulcères, ou encore de façon post-opératoire chez un individu en rééducation, et de façon large quelle que soit la pathologie du sujet.
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Université de Franche-Comté
/ 24-04-2008
Zeggari Rabah
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Au cours de cette thèse, deux Lab On Chip ont été réalisés. Le premier est destiné à la fécondation in vitro (FIV) et le second au transport et au contrôle qualité d’un greffon cornéen. Le Lab On Chip pour la FIV est constitué d’une plateforme et d’un ensemble de sondes permettant la caractérisation de l’ovocyte. La plateforme en silicium, assure le maintien en vie de l’ovocyte en formant un réservoir pour le milieu de vie des cellules. Un réseau de microcanaux usiné sur la plateforme permet d’aspirer le milieu des cellules et confère à cette dernière les fonctions : de déplacement, de positionnement et d’immobilisation de l’ovocyte. Des tests préliminaires, sur des ovocytes surnuméraires, ont montré la faisabilité des analyses non invasives pour la caractérisation des ovocytes avant fécondation. Actuellement, la manipulation de la cornée, pour effectuer certaines analyses, risque de l’endommager. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une méthode optique, non invasive, pour caractériser l’état de la cornée. Il s’agit d’une mesure de la transmittance de la cornée corrélée avec le nombre de cellules vivantes. Afin de détecter les infections dans la cornée, nous avons développé des microcapteurs de pH. Ces derniers offrent une mesure ponctuelle plus précise. La caractérisation des microcapteurs a donnée m. Enfin, nous avonsdes résultats pertinents jusqu’à une taille de 10 intégré un système de capillaires pour maintenir à la fois la cornée dans son milieu de vie et pour la positionner d’une manière non invasive, afin d’effectuer son analyse.
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Université de Franche-Comté
/ 29-02-2008
Walle Beatriz Cristina Lopez
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Ces travaux portent sur la micromanipulation, manipulation des objets dont la taille est comprise entre 1 µm et 1 mm. Le comportement de ces objets est fortement perturbé par les forces d'adhésion et les forces surfaciques, rendant les tâches de manipulation complexes et peu répétables. Nous démontrons que l'immersion des micro-objets artificiels dans l'eau permet de réduire sensiblement ces forces par rapport à l'air ou le vide.Dans ce contexte, nous proposons un principe innovant de micromanipulation immergée par changement de phase. Le micro-objet est saisi à l'aide d'un microvolume de glace créé dans l'eau, et relâché par fonte de la glace sans effets perturbateurs dus aux forces d'adhésion. Le prototype expérimental réalisé a permis de valider ce principe sur des objets d'une taille typique de 600 µm. L'étude du fonctionnement du système, basé sur deux modules à effet Peltier, nécessite une modélisation thermique que nous proposons de mener en utilisant l'analogie électrique. La modélisation de géométries de type élancée, semblable à celle d'un radiateur de notre système et également couramment utilisée dans les micro-actionneurs thermiques, a été exécutée. Cette étude originale dépasse notre cadre applicatif, pouvant être utilisée plus généralement dans les microsystémes thermiques. Cet outil de modélisation thermique a aussi conduit à la modélisation du prototype, validée expérimentalement. Ces travaux ont permis la production d'un outil de simulation thermique pour les microsystèmes et d'une méthode de micromanipulation originale et prometteuse. Les perspectives portent sur l'étude de la commande du système afin d'être implanté dans un contexte applicatif.
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Université de Franche-Comté
/ 18-01-2008
Vedadi Armand
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Depuis l'avènement en Perse, il y a 2500 ans, du service postal, la capacité à transmettre un maximum d'information sur une longue distance et en un minimum de temps s'avère être une des quêtes de l'Homme. Aujourd'hui, les moyens de télécommunications modernes font partie de notre quotidien et nous permettent de partager quasi-instantanément de la voix, de l'image ou du texte avec un interlocuteur situé à des milliers de kilomètres. Le cadre général dans lequel s'insère ce manuscrit de thèse est celui de l'étude de la couche physique des télécommunications, mais de façon plus précise, celui de la recherche d'outils de traitement tout-optique de l'information destinés particulièrement aux futurs systèmes de transmission à très haut débit. En effet, de nombreuses recherches ces dernières années ont montré la variété d'applications possibles à partir de l'amplification paramétrique, une nouvelle technique d'amplification sur fibre optique offrant une très grande bande passante. Nous présentons dans ce manuscrit une étude théorique des amplificateurs paramétriques utilisant deux lasers de pompe. Nous analyserons également le bruit et la distorsion des signaux de télécommunications apportés par la modulation de phase des pompes, requise pour supprimer la rétro-diffusion Brillouin stimulée dans toute fibre optique. Nous donnerons la démonstration théorique que deux ondes pompes modulées en opposition de phase annulent toute distorsion des signaux. Nous présenterons également une mise en oeuvre expérimentale d'un amplificateur paramétrique optique, intégrant un nouveau modulateur de phase double réalisé en partenariat avec la société Photline Technologies. Celui-ci nous a permis de démontrer une qualité d'amplification optique ainsi qu'une conversion de longueur d'onde quasi-transparente. La troisième partie présente ce qui constitue, à notre connaissance, la première mesure distribuée du gain paramétrique le long de la fibre optique servant de milieu amplificateur. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l'Ecole Fédérale Polytechnique de Lausanne (EPFL), en Suisse. Ils sont basés sur l'analyse Brillouin dans le domaine temporel. La quatrième et dernière partie de ce manuscrit relate une étude théorique et numérique d'une boucle à réplication d'impulsion laser intégrant un amplificateur paramétrique. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un contrat avec le Commissariat à l'Energie Atomique (CEA). L'originalité de cette étude réside dans l'exploitation des amplificateurs paramétriques dans la fenêtre de longueurs d'ondes autour de 1 ~m en utilisant des fibres à cristal photonique.
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