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Développement des réseaux de capteurs sans fil noyés dans le béton pour la surveillance des ouvrages de Génie Civil

/ Abbadi Amal / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-09-2015
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L’objectif de ce mémoire de thèse est de mener des recherches sur l’utilisation des technologies sans contact pour la surveillance de santé structurale. Les recherches comportent des développements scientifiques et technologiques visant à bien comprendre le fonctionnement des réseaux de capteurs sans fils dans un milieu hétérogène. Tout d’abord, nos études se concentrent sur les mesures des coefficients de réflexion et de transmission des ondes électromagnétiques dans le béton. La réalisation d’une communication entre deux antennes patch noyées dans du béton a permis de confirmer l’effet de l’humidité du béton sur l’atténuation des ondes radio dans le béton. Cette analyse a conduit à l'identification des propriétés diélectriques du béton pour la fréquence 860 MHz. Ensuite, nous avons étudié l’influence des configurations des armatures du béton (emplacement des armatures, dimensions des armatures) sur les coefficients de réflexion et de transmission. Nous avons étudié et optimisé une topologie de réseaux de capteurs sans fils adéquate pour être noyée dans le béton armé. L’étude d’optimisation prend en compte les caractéristiques des nœuds de capteurs, le bilan de liaison entre un nœud de capteur communicant et le puits et la durée de vie d’un nœud. Enfin, la conception et la réalisation d’un « totem en béton armé » d’une hauteur de 3 m, a permis de valider les différentes études abordées au cours de ces travaux de thèse. Cet édifice en béton armée est un démonstrateur instrumenté par un réseau de capteurs sans fils permettant de connaitre l’évolution de la température, de l’humidité et le niveau de déformation internes du béton armé à six endroits critiques de la structure.
Mot(s) clés libre(s) : Réseaux de capteurs (technologie), Ouvrages d’art, Contrôle non destructif, Permittivité, Antennes hyperfréquences, Béton armé, Jauges de contrainte, Humidité – Mesure, Ondes électromagnétiques -- Propagation, Surveillance de santé structurale, 621.382 15

Analysis of the impact of corrosion on the durability of blot-reinforced structures

/ He Ting / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Wuhan (Chine) / 22-09-2015
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Ce travail de thèse porte sur l’analyse de l'impact de la corrosion sur la durabilité des structures renforcées par ancrage. L'étude est basée sur des analyses théoriques ainsi que la modélisation expérimentale et numérique. Le travail débouche sur le développement d'une nouvelle méthode pour évaluer la durabilité des structures renforcées par ancrage. L'originalité de ce travail réside dans l'utilisation d’un modèle visco-plastique, ainsi que la méthode de l'élément composite pour l'analyse des contraintes et des déformations induites par la corrosion dans le béton renforcé par ancrage. Les principaux résultats de ce travail sont: • Le mécanisme de corrosion du béton renforcé par ancrage est revisité et discuté. • Des formules théoriques sont établies pour les contraintes induites par la corrosion, elles sont ensuite appliquées à l'analyse des expériences réalisées en laboratoire. • Un modèle 3D est développé pour étudier le champ de contraintes induites par les actions conjointes de la force d'arrachement et la force d'expansion par la rouille. L'analyse de la répartition des contraintes dues à l’expansion montre que la contrainte axiale du boulon décroit selon une fonction exponentielle. Dans le plan perpendiculaire au boulon, la contrainte radiale au sein de la couche de mortier passe de la traction à la compression ; la contrainte de cisaillement entre le boulon et le mortier suit une variation linéaire.
Mot(s) clés libre(s) : Béton armé, Durée de vie (ingénierie), Tirants d'ancrage, Viscoplasticité, Éléments finis, Méthode des, Méthode des éléments composites, 624.183 41

Impact des fissures sur la sécheresse des sols argileux

/ Tabbal Diala / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université libanaise / 23-10-2013
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L’objectif de ce travail est d’étudier l’effet des fissures de dessiccation sur le comportement thermo-hydro-mécanique des sols argileux sensibles au phénomène de retrait. Ce travail inclut une étude expérimentale caractérisant l’influence des fissures sur le séchage des sols fins ainsi qu’une étude numérique comprenant une modélisation du processus dans le but de présenter l’impact des fissures sur le comportement thermo-hydrique d’un milieu argileux non saturé. L’étude expérimentale comprend des expériences de séchage réalisée en laboratoire sur des échantillons de sol intacts et fissurés où l’évolution de la teneur en eau a été suivie. Les processus liés la formation de nouvelles fissures ainsi qu’à la propagation des fissures sont aussi discutés. Une modélisation numérique du processus de fissuration des sols fins est ensuite présentée. Dans cette étude, une analyse détaillée de l’influence des fissures sur l’interaction sol-atmosphère est présentée. Un modèle numérique bidimensionnel de l’interaction sol- atmosphère tenant compte de la présence des fissures a été développé. Ce modèle prend en compte le couplage thermo-hydrique d’un milieu argileux non saturé. Dans cette étude, on a montré l’impact des fissures sur le développement de la succion, sur la variation de la teneur en eau ainsi que sur la valeur d’entrée de l’air. L’influence des fissures sur l’évolution du tassement du sol est également présentée. Cette étude propose aussi une approche simple pour la prise en compte des fissures dans l’interaction sol-atmosphère. Dans la dernière partie de ce travail, l’influence des fissures sur le comportement mécanique des sols fins est présentée et discutée.
Mot(s) clés libre(s) : Sols argileux, Séchage, Interaction sol-atmosphère, Sols -- Humidité, Interaction sol-structure, Couplage thermo-hydro-mécanique, 624.151

Etude et renforcement des massifs rocheux sous chargement sismique : application à l’analyse de la vulnérabilité des massifs rocheux au Liban

/ Abdallah Mirvat / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université libanaise / 19-06-2013
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Le Liban se caractérise par ses hautes montagnes fortement urbanisées. Traversé par plusieurs failles principales et secondaires, ce pays présente de forts risques sismiques. Il a déjà subi plusieurs tremblements de terre destructeurs. Dans le futur, on craint un tremblement de terre majeur. Face à une telle situation, il est nécessaire de mener des travaux de recherche pour analyser ce risque. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce cadre. Le travail est réalisé à l’aide d’une modélisation numérique avancée fondée sur la méthode des éléments distincts. Les études ont été effectuées à l’aide du code de calcul (UDEC). Les analyses sont établies sur des cas réels identifiés à partir de plusieurs visites de terrain. Un travail important a été aussi consacré à la collecte des informations relatives aux propriétés mécaniques des matériaux. La première partie de la thèse est consacrée à une synthèse bibliographique en rappelant les paramètres qui caractérisent la géométrie des discontinuités des massifs rocheux et leur comportement mécanique en compression et en cisaillement. Des méthodes d’analyse de la stabilité des milieux rocheux fissurés et quelques exemples réels publiés dans la littérature sont exposés. La seconde partie comporte des analyses sismiques menées sur un massif du site de Jezzine au Liban Sud. Les modélisations traitent différentes configurations : massif sans fractures, massif avec fractures horizontales et massif avec un réseau de fractures horizontales et verticales. On présente également les résultats obtenus avec un renforcement du massif par ancrage. La dernière partie présente une étude de l’influence de la présence de l’eau sur le comportement sismique des massifs rocheux.
Mot(s) clés libre(s) : Séismes, Glissements de roches, Roches -- Fracturation, Sols -- Stabilisation, Pentes (mécanique des sols), Tirants d'ancrage, Simulation par ordinateur, Chargement sismique, 624.176 2

Composite element method for modelling transient groundwater flow in fractured media and its application to slope stability problem

/ Hou Xiaoping / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Wuhan (Chine) / 29-06-2017
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Ce travail de thèse propose un modèle numérique complet pour l'écoulement transitoire des eaux souterraines dans les milieux poreux et fracturés et son application sur l’analyse de la stabilité des pentes sous l’effet d’une diminution du niveau de l’eau dans un réservoir. L’écouement de l’eau dans les milieux fracturés est complexe, en raison de la présence d'un grand nombre de fractures et de fortes variations dans les propriétés géométriques et hydrauliques de ces milieux. La thèse est organisée en six chapitres. Le premier chapitre pésente les problèmes abordés et les objectifs de la thèse. Le 2nd chapitre présente une synthèse des analyses numériques de l'écoulement dans les milieux fracturés et de ses effets sur la stabilité des pentes. Le 3ème chapitre présente le développment d’un modèle numérique d'écoulement transitoire saturé dans des milieux fracturés avec une surface libre en utilisant la méthode des éléments composites (CEM). Le 4ème chapitre présente un modèle numérique d'écoulement transitoire à saturation variable, dans les milieux fracturés à l'aide du CEM. Le 5ème chapitre présente une étude de la stabilité des pentes sous l’effet de variation des paramètres hydrauliques et de résistance des sols, et da géométrie des pentes. Le 6ème chapitre présente une étude paramétrique de l'influence des caractéristiques de fracture sur l'écoulement transitoire et la stabilité d’une pente soumise à des conditions de diminution.
Mot(s) clés libre(s) : Eaux souterraines -- Écoulement, Roches -- Fracturation, Niveau hydrostatique, Pertes et versants rocheux, Méthode des éléments composites, Méthode d’équilibre limite, 628.114

Systèmes intelligents pour une gestion durable des réseaux d’assainissement

/ Abbas Oras / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 15-12-2015
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Ce travail de thèse est consacré au concept des réseaux d’assainissement intelligents. Il a été mené dans le cadre du projet international SunRise Smart City, qui consiste en la construction d’un démonstrateur de la ville intelligente et durable sur le campus de la Cité Scientifique de l’Université de Lille 1. Nos travaux de recherche menés sur ce campus équivalent à une ville de 25 000 usagers sont organisés en 4 parties. La première partie comporte une synthèse bibliographique des travaux réalisés sur les réseaux d’assainissement et leur gestion. Elle montre tout l’intérêt d’une gestion dynamique des réseaux d’assainissement dans le cadre du concept de la ville intelligente. La seconde partie présente le site du campus de la Cité Scientifique qui sert de site pilote de démonstration pour ce travail de thèse. Cette partie est consacrée pour la collecte des données du réseau d’assainissement et les données d’inspection et pour l’intégration de toutes ces données dans un système d’information géographique (SIG). La 3ème partie présente une synthèse des analyses de contrôle de la qualité d’eau dans le réseau d’assainissement. Elle décrit dans le détail la présence de divers éléments qualitatifs dans les effluents et en en donne une explication. La dernière partie décrit l’instrumentation mise en place sur le site pilote et les premiers résultats obtenus. Elle décrit notamment l’analyse de fonctionnement du réseau des eaux usées du campus de la Cité Scientifique à partir des données collectées et d’une modélisation numérique. Des améliorations du fonctionnement du réseau d’eau usée sont proposées suite à ces analyses.
Mot(s) clés libre(s) : Eaux usées, Villes intelligentes, Systèmes d'information géographique, Commande en temps réel, Hydraulique, SIG, 628.162

Optimization of production and use superconductor products

/ Kosheleva Natalia / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет‎ (Россия) / 12-10-2015
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Ce travail de thèse est consacré à l'optimisation du processus de fabrication des supraconducteurs à basse température (SBT) et à haute température (SHT). Le but est l'optimisation de fabrication de ces produits. Le premier chapitre est dédié au processus de production des SBT. La recherche concerne le problème de réchauffement de la surface des fils par les forces de friction lors du processus d’étirage. Le processus de réchauffement/refroidissement génère des contraintes résiduelles. Cet aspect a été traité dans ce chapitre. On y présente également une méthode pour déterminer les angles optimaux des outils utilisés dans la fabrication des supraconducteurs. Le deuxième chapitre donne une présentation générale des SHT. On donne d’abord l’historique de ces produits, ensuite les développements en cours et les perspectives. Il présente aussi le processus de fabrication de ce matériel et ses défis. Le chapitre traite en particulier des SHT de deuxième génération et montre l’intérêt de l’emploi de la modélisation numérique. Le troisième chapitre présente un modèle simplifié pour le comportement mécanique des SHT. Ce modèle est basé sur la théorie classique des poutres associée à une discrétisation de la poutre en sous-couches travaillant en traction-compression. Ce modèle prend en compte le comportement plastique des composantes de la poutre SHT. Le modèle a été implémenté dans un environnement MATLAB. La validation du modèle est effectuée par sa confrontation à des analyses par éléments finis. Le modèle est ensuite utilisé pour l'analyse des configurations industrielles dans un but d’optimisation. Le quatrième chapitre présente la vérification numérique du modèle décrit dans le chapitre précédent sur un essai de flexion effectuée en laboratoire sur une bande «poutre» en SHT. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales montre le bon fonctionnement du modèle développé.
Mot(s) clés libre(s) : Supraconducteurs, Supraconducteurs à hautes températures, Contraintes résiduelles, Flexion (mécanique), Optimisation des structures, Éléments finis, Méthode des, Supraconducteurs à basses températures, Structure multicouche, 621.35

Use of thermal heating /cooling process for rock fracturing : numerical and experimental analyze

/ Yaseen Muhammad / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2014
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La fracturation des roches concerne plusieurs applications industrielles, telles que les tunnels, l’excavation, l’extraction de blocs de roches et l'industrie minière. Les techniques classiques pour fracturer la roche sont associées à des inconvénients ceux qui restreignent leur utilisation dans certaines circonstances. Par conséquent, la fracturation par spallation thermique a été suggérée comme une solution alternative. Cela produit des contraintes de compression dans la roche grâce à un flux de chaleur intense. Une fois que ces contraintes dépasseraient la résistance à compression de la roche, la rupture aurait lieu en éjectant des petits éclats. Cette mode de fracturation thermique nécessite une source d’énergie puissante ainsi qu’elle influence négativement les conditions du travail sur le site. Profitant d'une faible résistance à la traction du matériau de roche, le présent travail propose une méthode basée sur un chauffage rapide de la matière rocheuse par un rayonnement micro-ondes, suivi par un refroidissement rapide par de l'eau pour fracturer la roche. Au cours de ce processus, une dilatation thermique est produite à l'intérieur de la zone traitée, qui est ensuite suivie d'une contraction thermique. Cette contraction produit des contraintes de traction, ce qui pourrait conduire à la rupture de la matière de roche. Le processus d'échauffement/refroidissement sera analysés grâce à un modèle numérique ce qui décrit les événements physiques et l'influence de différents paramètres. Expérimentalement, le processus sera examiné du point de vue thermique.‎
Mot(s) clés libre(s) : Roches -- Fracturation, Roches, Chauffage par microondes, Fracturation par spallation thermique, Irradiation par faisceaux laser, 624.183 2

Analysis of heating expenditure in social housing : application of economic provisional models

/ Zabada Shaker / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-12-2014
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Le travail mené dans cette thèse porte sur la consommation d’énergie, et plus particulièrement le chauffage dans le logement social. Il vise à (i) analyser l'influence des caractéristiques de bâtiments des indicateurs socio-économiques des occupants sur la consommation de chauffage et (ii) à développer des modèles numériques pour la prédiction de cette consommation. La recherche est basée sur des données fournies par le Lille Métropole Habitat, qui est en charge de la gestion d'un grand parc de logement social à Lille Métropole. La thèse comprend quatre parties. La première présente une analyse bibliographique, qui couvre le logement social en Europe, notamment en France, les facteurs qui affectent la consommation d'énergie dans le logement social et les politiques proposées pour les économies d'énergie dans ce secteur. La deuxième partie présente les données utilisées dans ce travail, qui ont été fournies par LMH. Ces données concernent un grand parc de logement social à Lille Métropole (Nord de la France). Elles comprennent les dépenses de chauffage, des caractéristiques des bâtiments et des indicateurs socio-économiques sur les occupants. La troisième partie présente une analyse de l'influence des caractéristiques des bâtiments (âge, DPE, superficie et nombre d'étages) et des paramètres socio-économiques des occupants (âge, situation matrimonial et revenues) sur la consommation de chauffage. La dernière partie présente l'élaboration des modèles de prévision des dépenses de chauffage dans le parc de LMH et l'utilisation de ces modèles pour la politique de rénovation. Deux méthodes sont utilisées: La Méthode des Moindres Carrés (OLS) et les Réseaux de Neurones Artificie.
Mot(s) clés libre(s) : Logement social, Habitations -- Isolation, Indicateurs économiques, Économétrie, Analyse de régression, Réseaux neuronaux (informatique), Social Housing, 629.831 2

Optimization of building energy consumption using simplified models and new control methods

/ Alhaj Hasan Ola / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 09-12-2014
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L'inquiétude croissante concernant le futur des ressources énergétique a fait de l'optimisation énergétique une priorité dans tous les secteurs. De nombreux sujets de recherche se sont focalisés sur celui du bâtiment étant le principal consommateur d'énergie, en particulier à cause de ses besoins en chauffage. Beaucoup de propositions pour réduire la consommations ont été faites. Ceux-ci vont de l'amélioration de l'isolation au changement du système de gestion du thermostat en passant par la formation des occupants à une meilleure gestion de leur bâtiment. Cette thèse propose une nouvelle méthode de contrôle qui permet de minimiser la consommation énergétique et dépenses budgétaires. La méthode génère un planning énergétique sur une période de temps pré-définie, ceci en prenant compte du confort thermique des occupants. Elle est basée sur l'application de la méthode de Monte Carlo, un générateur aléatoire appliqué au système de chauffage. L'objectif est de déterminer le planning de chauffage optimal, qui respecte les trois contraintes suivantes: - Le confort thermique des résidents; - La minimisation de l'énergie consommée / du budget; - Le déplacement de la charge. De plus, pour tester cette méthode, l'identification du comportement thermique du bâtiment a été requise. De ce fait, un modèle thermique du bâtiment a été développé. Ce modèle a été volontairement simplifié afin de l'intégrer plus simplement dans le processus de contrôle. De plus, une nouvelle approche d'identification thermique du bâtiment aussi bien qu'une nouvelle méthode de contrôle en temps réel ont été présentées.
Mot(s) clés libre(s) : Constructions, Chauffage -- Économies d'énergie, Chauffage -- Régulation, Commande prédictive, Commande en temps réel, Confort thermique, 629.831 2

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