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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, Université de Technologie Belfort-Montbéliard (UTBM)
/ 05-11-2008
Farooq Jawad Ahmed
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Ce travail de recherche a porté sur la modélisation des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) lors des régimes de fonctionnements défaillants. Deux défauts fréquents et couplés dans ces machines ont été étudiés : la désaimantation des aimants et le court-circuit entre spires. L’objectif est de développer des modèles aidant à la compréhension de ces phénomènes, dans l’optique de réaliser des opérations de diagnostic mais également pour optimiser la conception de ces machines. Concernant le défaut de désaimantation, deux modèles ont été développés. Le premier est du type analytique et est basé sur la résolution des équations du potentiel vecteur dans les régions de la machine (entrefer et aimant). Le deuxième modèle, a été développé à travers la représentation de la machine à l’aide d’un réseau de perméances équivalent (RDPE). L’étude comparative entre ces derniers a montré que le modèle du RDPE est plus précis que le modèle analytique. Cet avantage du RDPE revient au fait que la géométrie réelle de la machine est prise en compte tant dis que la méthode analytique se base sur la simplification de la géométrie (lissage de l’entrefer, pas d’effets de bord). Néanmoins, le modèle analytique garde son intérêt car il offre l’avantage d’être plus rapide à exécuter et plus générique que celui du RDPE. De plus, il peut être facilement ajusté pour améliorer la précision en adaptant simplement, certains de ses harmoniques. Pour le défaut de court-circuit entre spires dans les MSAP, un modèle dynamique a été développé. Les résultats de simulation montrent qu’un court-circuit entre spires produit des ondulations de fréquence double dans le couple et la vitesse et un harmonique d’ordre 3 dans les courants. En se basant sur les modèles de la désaimantation, une technique de détection de défaut des aimants dans les MSAP, a été mise en oeuvre. Il s’agit d’une méthode d’indentification fondée sur un algorithme qui utilise comme entrées les données d’une grandeur électromagnétique de la machine telle que la FEM, pour chercher itérativement la distribution de l’induction rémanente des aimants. Les résultats obtenus montrent que cet algorithme arrive à détecter avec une certaine précision l’endroit des désaimantations. Au niveau du temps de calcul le modèle analytique et beaucoup plus rapide que le modèle RDPE. Après avoir comparé les modèles proposés avec des simulations par éléments finis, une maquette expérimentale a été mise en place afin de valider les résultats obtenus. Des essais expérimentaux sur les défauts de court-circuit ont été réalisés sur une MSAP du type : aimants insérés. Les mesures étaient en bonne corrélation avec ceux donnés par le modèle dynamique et par des simulations éléments finis. A ce jour, une technique de commande scalaire se basant sur la mesure de position à l’aide d’un résolveur a été implantée dans la maquette expérimentale. Cette dernière permet d’effectuer les tests de court-circuit sur des MSAP jusqu’à 2kW de puissance. Il reste à conduire des mesures sur une machine présentant le défaut de désaimantation, en abimant par exemple l’un des pôles de la machine actuelle.
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Université de Franche-Comté
/ 04-11-2008
Baraket Mira
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Cette étude porte sur l’élaboration et la caractérisation des propriétés de revêtements nano-structurés à base de nitrure de chrome (CrN) en vue de leur application sur des outils de coupe et/ou de mise en forme. Les dépôts ont été élaborés par pulvérisation cathodique magnétron en conditions réactives à partir de cibles métalliques (Cr, Si et Ag) sur un porte substrat statique et rotatif polarisable en courant continu (DC) et en radio fréquence (RF). La première partie de l’étude porte sur l’influence des principaux paramètres d’élaboration (pression partielle d’azote, polarisation du substrat) sur les propriétés du CrN. L’effet de ces paramètres a été suivi principalement sur les propriétés mécaniques (dureté, module de Young, contraintes internes etc.) et structurales. Une attention particulière a ensuite été portée à l’influence de l’addition de silicium aux revêtements de CrN. Les caractéristiques chimiques, mécaniques, tribologiques et structurales des dépôts du type CrSiN ont été étudiées en fonction de la teneur en silicium des films (nano-dureté, module de Young, DRX, MET etc.). Une étude par XPS a permis de mettre en évidence la présence de liaisons Si-N et de la phase Si3N4 dans les revêtements présentant des taux de silicium supérieur à 1 at.%. La résistance à l’oxydation à haute température a également été étudiée en fonction des conditions de dépôt. Finalement, des revêtements multicouches nanométriques CrN/Ag et CrSiN/Ag ont été élaborés avec des périodicités comprises entre 8 et 24 nm. L’épaisseur de la couche d’argent ainsi que l’épaisseur totale ont été maintenues constantes pour l’ensemble des dépôts, le seul paramètre variable étant l’épaisseur de la couche de nitrure. L’influence de l’épaisseur de cette couche (CrN ou CrSiN) sur les propriétés mécaniques, tribologiques et sur la résistance à l’oxydation des multicouches est alors présentée et discutée.
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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, UFC, UTBM
/ 18-09-2008
Gao Wei
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Dans le domaine de la production d'énergie électrique, le développement des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) est limité en raison de leurs températures de fonctionnement élevées. Deux solutions sont généralement envisagées pour l'abaissement de la température: diminuer l'épaisseur de l'électrolyte actuel (YSZ) et/ou utiliser de nouveaux matériaux. La deuxième solution paraît la plus exploitable car la température dite "intermédiaire", comprise entre 500 et 800C (IT-SOFC), ne peut être atteinte qu'avec de nouveaux matériaux. Parmi les nombreuses céramiques susceptibles d'être employées pour cette application, les apatites sont des candidats très prometteurs à l'heure actuelle. L'objectif de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de couches d'électrolytes à structure apatite de type La10(SiO4)6O3 dédiées aux SOFC fonctionnant à température intermédiaire (IT-SOFC). Dans un premier temps, ce travail consiste à synthétiser des poudres de La10(SiO4)6O3 par voie solide. L'accent est particulièrement mis sur l'optimisation des protocoles de mise en oeuvre. Le contrôle des paramètres de synthèse (nature des réactifs, co-broyage, température et durée du traitement thermique, etc.) permet d'obtenir la phase apatite pour une température de traitement comprise entre 1350 C et 1650 C. Des poudres de microstructure contrôlée ont été mises à profit pour préparer des dépôts de densité supérieure à 90 %. La variation des conditions de projection par plasma atmosphérique (APS) permet de déposer des revêtements denses qui présentent, après traitement thermique à 1000 C pendant 4 heures, des microstructures très variées. L'influence des paramètres de projection sur la microstructure des dépôts a été étudiée. Les effets de la porosité sur le réponse éléctrique ont été également abordés. Un état de l'art des recherches déjà effectuées sur les propriétés de conduction ionique des dépôts d'apatites a été dressé. L'amélioration de la conductivité ionique est basée sur la maîtrise des propriétés des revêtements élaborés. Ainsi, plusieurs séries d'échantillons à stoechiométrie contrôlée ont été synthétisées et caractérisées. Cette étude a notamment permis d'établir une corrélation entre la microstructure et les propriétés de conduction de cette céramique.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 12-09-2008
Rouss Vicky
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Ce travail a été réalisé dans le cadre de FCLAB, institut national de recherche sur les systèmes piles à combustible, avec pour objectif de développer, dans une approche expérimentale, une procédure d'identification, c'est-à-dire de reconnaissance du comportement, de systèmes mecaniques complexes. Pratiquement, il apporte une contribution à la modélisation de l'aspect mécanique vibratoire d'une pile à combustible de type PEM. La première partie de ce mémoire développe le sujet de la thèse. Elle comporte trois sous-parties: une présentation de la plate-forme des essais vibratoires de l'UTBM, une introduction aux systèmes mécaniques complexes ainsi qu'à leur procédure d'identification et une description de la pile à combustible de type PEM en développant son aspect mécanique non-linéaire. La procédure d'identification des systèmes mécaniques complexes comporte trois étapes qui vont définir les parties deux, trois et quatre susccessivement. La première étape est la réalisation des essais vibratoires. Pour cela, une procédure des essais vibratoires pour des systèmes complexes est développée dans la partie deux. Cette procédure est fondamentale pour le bon déroulement des essais et la bonne exploitation des résultats. Les données tirées des essais sont utilisées pour les deux étapes suivantes. La deuxième partie de la procédure d'identification, développée dans la troisième partie, consiste à caractériser les non linéarités à partir des données expérimentales. La caractérisation englobe la détection, le classement et la localisation des non-linéarités. La troisième et dernière partie de la procédure d'identification traite de la modélisation des systèmes mécaniques complexes avec les réseaux de neurones. Elle explique la démarche de création d'un modèle neuronal et est développée dans la quatrième partie. Pour conclure ce mémoire, la procédure d'identification d'un système complexe, allant de la réalisation des essais vibratoires, la caractérisation des non-linéarités jusqu'à la modélisation par réseaux de neurones est appliquée à une pile à combustible de type PEM. Les résultats sont exposés et commentés dans la cinquième partie.
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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, Université de Technologie Belfort Montbéliard (UTBM), Université Aboubaker Belkaid (Tlemcen, Algérie)
/ 28-08-2008
Tabet Aoul-Benyoucef Amel
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Ce travail de thèse, traite du développement de nouveaux cermets d'anodes pour piles à combustibles de type SOFC, fonctionnant directement sous méthane. Deux aspects majeurs sont pris en compte : la composition chimique du matériau d’anode et sa microstructure. Pour se faire, des cermets à base de matériaux, tels que le nickel, le cuivre et le cobalt et une base céramique en zircone totalement stabilisée à l’yttrine, ont été élaborés par projection plasma atmosphérique (APS), dans des conditions optimisées. Le choix des matériaux utilisés, s'est fait de sorte, à répondre aux exigences requises pour une application anodique, à savoir, une porosité suffisante, pour assurer la diffusion des gaz, de bonnes propriétés conductrices ionique et électronique, une bonne comptabilité chimique et mécanique avec l'electrolyte, une bonne stabilité thermique à haute température et de bonnes propriétés électrochimiques et électrocatalytiques, vis-à-vis des réactions d'oxydation et du reformage interne du combustible. Les différentes caractérisations morphologiques et structurales, menées sur les différents cermets réalisés, ont révélé l'obtention de dépôts poreux, formés par la succession de lamelles métalliques et céramiques, avec sauvegarde des phases cristallines, identifiées initialement, pour les poudres de départ. Le comportement électrique, en fonction de la température, manifesté par différents cermets obtenus, se rapproche de celui des métaux purs, malgré la présence de la matrice céramique. Pour ce qui est de la stabilité thermique, certains cermets obtenus, ont dévoilé une bonne stabilité à une température de 800C. Ainsi, les cermets d'anodes, avec la bonne composition chimique et ayant été élaborés dans des conditions optimisées de projection APS, présentent donc la bonne morphologie et microstructure, pour une application anodique, dans des piles SOFC fonctionnant sous méthane, à des températures avoisinant 800C, sans risques de détériorations majeures.
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