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Control and estimation in finite-time and in fixed-time via implicit Lyapunov functions
Control and estimation in finite-time and in fixed-time via implicit Lyapunov functions


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Dans ce travail, on montre des nouveaux résultats pour l’analyse et la synthèse des systèmes stables en temps fini et fixe. Ce genre des systèmes convergent exactement à un point d’équilibre dans une quantité du temps qui est fini et, dans le cas de systèmes stables en temps fixe, dans un temps maximal constant qui ne dépend pas des conditions initiales du système. Les chapitres 2 et 3 portent sur des résultats d’analyse ; ce premier present des conditions nécessaires et suffisants pour la stabilité en temps fixe des systèmes autonomes continues tandis que ce dernier combine l’approche de la fonction implicite de Lyapunov avec des résultats de stabilisation ISS pour étudier la robustesse de ce genre de systèmes. Les chapitres 4 et 5 présentent des résultats pratiques liés á la procédure de synthèse des contrôleurs et des observateurs. Le chapitre 4 emploie la méthode de la fonction de Lyapunov implicite afin d’obtenir des observateurs convergents en temps fini et fixe pour les systèmes linéaires MIMO. Le chapitre 5 utilise des propriétés d’homogénéité et des fonctions de Lyapunov implicites pour synthétiser un contrôleur de sortie en temps fixe pour une chaîne d’intégrateurs. Les résultats obtenus ont été validés par des simulations numériques et le chapitre 4 contient des tests de performance sur un pendule rotatif.
This work presents new results on analysis and synthesis of finite-time and fixed-time stable systems, a type of dynamical systems where exact convergence to an equilibrium point is guaranteed in a finite amount of time. In the case of fixed-time stable system, this is moreover achieved with an upper bound on the settling-time that does not depend on the system’s initial condition. Chapters 2 and 3 focus on theoretical contributions; the former presents necessary and sufficient conditions for fixed-time stability of continuous autonomous systems whereas the latter introduces a framework that gathers ISS Lyapunov functions, finite-time and fixed-time stability analysis and the implicit Lyapunov function approach in order to study and determine the robustness of this type of systems. Chapters 4 and 5 deal with more practical aspects, more precisely, the synthesis of finite-time and fixed-time controllers and observers. In Chapter 4, finite-time and fixed-time convergent observers are designed for linear MIMO systems using the implicit approach. In Chapter 5, homogeneity properties and the implicit approach are used to design a fixed-time output controller for the chain of integrators. The results obtained were verified by numerical simulations and Chapter 4 includes performance tests on a rotary pendulum.
Dans ce travail, on montre des nouveaux résultats pour l’analyse et la synthèse des systèmes stables en temps fini et fixe. Ce genre des systèmes convergent exactement à un point d’équilibre dans une quantité du temps qui est fini et, dans le cas de systèmes stables en temps fixe, dans un temps maximal constant qui ne dépend pas des conditions initiales du système. Les chapitres 2 et 3 portent sur des résultats d’analyse ; ce premier present des conditions nécessaires et suffisants pour la stabilité en temps fixe des systèmes autonomes continues tandis que ce dernier combine l’approche de la fonction implicite de Lyapunov avec des résultats de stabilisation ISS pour étudier la robustesse de ce genre de systèmes. Les chapitres 4 et 5 présentent des résultats pratiques liés á la procédure de synthèse des contrôleurs et des observateurs. Le chapitre 4 emploie la méthode de la fonction de Lyapunov implicite afin d’obtenir des observateurs convergents en temps fini et fixe pour les systèmes linéaires MIMO. Le chapitre 5 utilise des propriétés d’homogénéité et des fonctions de Lyapunov implicites pour synthétiser un contrôleur de sortie en temps fixe pour une chaîne d’intégrateurs. Les résultats obtenus ont été validés par des simulations numériques et le chapitre 4 contient des tests de performance sur un pendule rotatif.
This work presents new results on analysis and synthesis of finite-time and fixed-time stable systems, a type of dynamical systems where exact convergence to an equilibrium point is guaranteed in a finite amount of time. In the case of fixed-time stable system, this is moreover achieved with an upper bound on the settling-time that does not depend on the system’s initial condition. Chapters 2 and 3 focus on theoretical contributions; the former presents necessary and sufficient conditions for fixed-time stability of continuous autonomous systems whereas the latter introduces a framework that gathers ISS Lyapunov functions, finite-time and fixed-time stability analysis and the implicit Lyapunov function approach in order to study and determine the robustness of this type of systems. Chapters 4 and 5 deal with more practical aspects, more precisely, the synthesis of finite-time and fixed-time controllers and observers. In Chapter 4, finite-time and fixed-time convergent observers are designed for linear MIMO systems using the implicit approach. In Chapter 5, homogeneity properties and the implicit approach are used to design a fixed-time output controller for the chain of integrators. The results obtained were verified by numerical simulations and Chapter 4 includes performance tests on a rotary pendulum.
11-03-2019
11-03-2019
Thèse
Thèse

Contribution to the modeling and control of hyper-redundant robots: application to additive manufacturing in the construction
Contribution to the modeling and control of hyper-redundant robots: application to additive manufacturing in the construction


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La technologie de fabrication additive a été identifiée comme l'une des innovations numériques majeures qui a révolutionné non seulement le domaine de l'industrie, mais aussi celui de la construction. D'un point de vue de recherche, la fabrication additive reste un sujet d’actualité. C’est un procédé automatisé de dépôt de matériaux couche par couche afin d'imprimer des maisons ou des structures de petites dimensions pour un montage sur site. Dans la fabrication additive, l'étape de dépôt des matériaux est généralement suivie d'une étape de contrôle de la qualité d'impression. Cependant, le contrôle de qualité des objets imprimés ayant des surfaces funiculaires est parfois complexe à réaliser avec des robots rigides, ne pouvant atteindre des zones mortes. Dans cette thèse, un manipulateur souple et hyper-redondant a été modélisé et commandé cinématiquement, placé comme un effecteur d'un manipulateur rigide et mobile, afin d'effectuer une inspection des structures imprimées par des techniques de la fabrication additive. En effet, les manipulateurs souples peuvent fléchir et du coup suivre la forme géométrique de surfaces funiculaires. Ainsi, une approche hybride a été proposée pour modéliser la cinématique du robot souple et hyper-redondant, combinant une approche analytique pour la génération des équations cinématiques et une méthode qualitative à base des réseaux de neurones pour la résolution de ces dernières. Les performances de l'approche proposée sont validées à travers des expériences réalisées sur le robot "compact bionic handling arm" (cbha).
Additive manufacturing technology has been identified as one of the major digital innovations that has revolutionized not only industry, but also building. From a research point of view, additive manufacturing remains a very relevant topic. It is an automated process for depositing materials layer by layer to print houses or small structures for on-site assembly. In additive manufacturing processes, the deposition of materials is generally followed by a printing quality control step. However, the geometry of structures printed with funicular surfaces is sometimes complex, as robots with rigid structures cannot reach certain areas of the structure to be inspected. In this thesis, a flexible and highly redundant manipulator equipped with a camera is attached to the end-effector of a mobile manipulator robot for the quality inspection process of the printed structures. Indeed, soft manipulators can bend along their surounded 3D objects; and this inherent flexibility makes them suitable for navigation in crowded environments. As the number of controlled actuators is greater than the dimension of the workspace, this thesis can be summarized as a trajectory tracking of hyper-redundant robots. In this thesis, a hybrid approach that combines the advantages of model-based approaches and learning-based approaches is developed to model and solve the kinematics of soft and hyper-redundant manipulators. The principle is to develop mathematical models with reasonable assumptions, and to improve their accuracy through learning processes. The performance of the proposed approach is validated by performing a series of simulations and experiments applied to the compact bionic handling arm (cbha) robot.
La technologie de fabrication additive a été identifiée comme l'une des innovations numériques majeures qui a révolutionné non seulement le domaine de l'industrie, mais aussi celui de la construction. D'un point de vue de recherche, la fabrication additive reste un sujet d’actualité. C’est un procédé automatisé de dépôt de matériaux couche par couche afin d'imprimer des maisons ou des structures de petites dimensions pour un montage sur site. Dans la fabrication additive, l'étape de dépôt des matériaux est généralement suivie d'une étape de contrôle de la qualité d'impression. Cependant, le contrôle de qualité des objets imprimés ayant des surfaces funiculaires est parfois complexe à réaliser avec des robots rigides, ne pouvant atteindre des zones mortes. Dans cette thèse, un manipulateur souple et hyper-redondant a été modélisé et commandé cinématiquement, placé comme un effecteur d'un manipulateur rigide et mobile, afin d'effectuer une inspection des structures imprimées par des techniques de la fabrication additive. En effet, les manipulateurs souples peuvent fléchir et du coup suivre la forme géométrique de surfaces funiculaires. Ainsi, une approche hybride a été proposée pour modéliser la cinématique du robot souple et hyper-redondant, combinant une approche analytique pour la génération des équations cinématiques et une méthode qualitative à base des réseaux de neurones pour la résolution de ces dernières. Les performances de l'approche proposée sont validées à travers des expériences réalisées sur le robot "compact bionic handling arm" (cbha).
Additive manufacturing technology has been identified as one of the major digital innovations that has revolutionized not only industry, but also building. From a research point of view, additive manufacturing remains a very relevant topic. It is an automated process for depositing materials layer by layer to print houses or small structures for on-site assembly. In additive manufacturing processes, the deposition of materials is generally followed by a printing quality control step. However, the geometry of structures printed with funicular surfaces is sometimes complex, as robots with rigid structures cannot reach certain areas of the structure to be inspected. In this thesis, a flexible and highly redundant manipulator equipped with a camera is attached to the end-effector of a mobile manipulator robot for the quality inspection process of the printed structures. Indeed, soft manipulators can bend along their surounded 3D objects; and this inherent flexibility makes them suitable for navigation in crowded environments. As the number of controlled actuators is greater than the dimension of the workspace, this thesis can be summarized as a trajectory tracking of hyper-redundant robots. In this thesis, a hybrid approach that combines the advantages of model-based approaches and learning-based approaches is developed to model and solve the kinematics of soft and hyper-redundant manipulators. The principle is to develop mathematical models with reasonable assumptions, and to improve their accuracy through learning processes. The performance of the proposed approach is validated by performing a series of simulations and experiments applied to the compact bionic handling arm (cbha) robot.
08-03-2019
08-03-2019
Thèse
Thèse

Approche dynamique de la fiabilité et de la résilience organisationnelles : entre organisation et situation : Étude in situ d'un service d'accueil des urgences vitales
Approche dynamique de la fiabilité et de la résilience organisationnelles : entre organisation et situation : Étude in situ d'un service d'accueil des urgences vitales


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Pour faire face aux défaillances et leurs conséquences, certaines organisations adoptent des modes de fonctionnement leur permettant d’assurer un haut degré de fiabilité et de résilience. Cette thèse s’attache à formaliser ces modes de fonctionnement au travers d’une approche processuelle de la fiabilité et de la résilience organisationnelles d’un service d’urgence médicale. Nous étudions d’une part comment les processus se déploient concrètement dans le contexte opérationnel face aux situations rencontrées et d’autre part quel est l’impact du contexte organisationnel sur le maintien de la fiabilité et de la résilience. Au travers d’une étude d’un service d’accueil des urgences vitales français, un premier niveau de résultats décrit les différents processus aux niveaux organisationnel et situationnel constitutifs du maintien de la fiabilité et de la résilience organisationnelles : culture, intégration des nouveaux membres, confiance, coordination, apprentissage et slack organisationnel. Un second niveau de résultats aborde les situations de prise en charge des patients sous forme de continuum et de points d’inflexion. Saturation de l’unité, gestion de l’imprévu et slack situationnel viennent répondre à la volatilité et à l'urgence vitale des situations qui imposent une action immédiate. Nous étudions également la question de l’articulation entre les niveaux organisationnel et situationnel en proposant une relecture du concept d’espace de discussion (Detchessahar, 2003). Enfin, nos résultats nous invitent à considérer la tension existant dans l’hôpital concernant les ressources nécessaires au maintien de la fiabilité et de la résilience organisationnelles.
In order to prevent faults to happen and their catastrophic consequences, some organizations adopt operational modes allowing them to ensure a high degree of reliability and resilience. This research focuses on formalizing these operational modes through a processual approach to organizational reliability and resilience of a critical-care unit. We aim to study, on the one hand, how the processes unfold in the operational context facing real-life situations and, on the other hand, the impact of the organizational context on reliability and resilience. Studying a French critical-care unit, first-order results describe the different processes – at both organizational and situational levels of analysis – contributing to the organizational reliability and resilience: culture, integration of new members, trust, coordination, learning and organizational slack. Second-order results address patient-care situations as a continuum and we highlight the inflection points of the different patient-care trajectories. Saturation of the unit, management of the unexpected and of the situational slack enable critical-care unit’s members to cope with the volatility and the life-threatening emergency of situations demanding immediate action. We also study the links between the organizational and the situational levels of analysis by proposing a reinterpretation of the concept of discussion space (Detchessahar, 2003). Finally, our findings invite us to consider the tension in hospitals regarding the resources needed to maintain organizational reliability and resilience.
Pour faire face aux défaillances et leurs conséquences, certaines organisations adoptent des modes de fonctionnement leur permettant d’assurer un haut degré de fiabilité et de résilience. Cette thèse s’attache à formaliser ces modes de fonctionnement au travers d’une approche processuelle de la fiabilité et de la résilience organisationnelles d’un service d’urgence médicale. Nous étudions d’une part comment les processus se déploient concrètement dans le contexte opérationnel face aux situations rencontrées et d’autre part quel est l’impact du contexte organisationnel sur le maintien de la fiabilité et de la résilience. Au travers d’une étude d’un service d’accueil des urgences vitales français, un premier niveau de résultats décrit les différents processus aux niveaux organisationnel et situationnel constitutifs du maintien de la fiabilité et de la résilience organisationnelles : culture, intégration des nouveaux membres, confiance, coordination, apprentissage et slack organisationnel. Un second niveau de résultats aborde les situations de prise en charge des patients sous forme de continuum et de points d’inflexion. Saturation de l’unité, gestion de l’imprévu et slack situationnel viennent répondre à la volatilité et à l'urgence vitale des situations qui imposent une action immédiate. Nous étudions également la question de l’articulation entre les niveaux organisationnel et situationnel en proposant une relecture du concept d’espace de discussion (Detchessahar, 2003). Enfin, nos résultats nous invitent à considérer la tension existant dans l’hôpital concernant les ressources nécessaires au maintien de la fiabilité et de la résilience organisationnelles.
In order to prevent faults to happen and their catastrophic consequences, some organizations adopt operational modes allowing them to ensure a high degree of reliability and resilience. This research focuses on formalizing these operational modes through a processual approach to organizational reliability and resilience of a critical-care unit. We aim to study, on the one hand, how the processes unfold in the operational context facing real-life situations and, on the other hand, the impact of the organizational context on reliability and resilience. Studying a French critical-care unit, first-order results describe the different processes – at both organizational and situational levels of analysis – contributing to the organizational reliability and resilience: culture, integration of new members, trust, coordination, learning and organizational slack. Second-order results address patient-care situations as a continuum and we highlight the inflection points of the different patient-care trajectories. Saturation of the unit, management of the unexpected and of the situational slack enable critical-care unit’s members to cope with the volatility and the life-threatening emergency of situations demanding immediate action. We also study the links between the organizational and the situational levels of analysis by proposing a reinterpretation of the concept of discussion space (Detchessahar, 2003). Finally, our findings invite us to consider the tension in hospitals regarding the resources needed to maintain organizational reliability and resilience.
08-03-2019
08-03-2019
Thèse
Thèse

Utilisation de méthodes avancées en RMN des solides pour la caractérisation de matériaux de type Metal-Organic Framework : étude de transformations structurales et des effets de la vapeur d’eau
Utilisation de méthodes avancées en RMN des solides pour la caractérisation de matériaux de type Metal-Organic Framework : étude de transformations structurales et des effets de la vapeur d’eau


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Les Metal-Organic Frameworks (MOF) sont des matériaux hybrides poreux cristallisés dont l’importance grandissante est liée à leurs propriétés intéressantes. Malgré l’engouement pour ces solides, leur déploiement dans des procédés industriels reste faible et s’explique par leurs plus faibles stabilités thermiques et chimiques. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour étudier les modifications structurales pouvant intervenir comme la diffraction des rayons X, la mesure de porosité ou la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Dans cette thèse, différentes techniques avancées de RMN ont été utilisées pour mettre en évidence ces transformations (MQMAS, D HMQC et SFAM-RESPDOR). Ces expériences ont notamment montré un changement de coordinence du scandium dans le MIL-100(Sc) (validé par des calculs ab initio de paramètres RMN) ainsi que des variations de distance internucléaire (MIL-100(Sc) et MIL 53(Al)). La localisation d’espèce piégée (acide téréphtalique) a également été réalisé dans le MIL-53(Al). La respiration de ce matériau a également été suivi par RMN 129Xe et la dynamique de ce gaz a été suivi en fonction de la température (1H→129Xe CPMAS, EXSY et inversion sélective). L’évaluation de la stabilité des MOF à la vapeur d’eau a également été initiée pendant ces travaux avec le HKUST-1. Ses produits de décomposition formés par hydrolyse ont été identifiés par RMN et sa stabilité sous vapeur à 200 °C ouvre de nouvelles perspectives pour de ce type de matériau. Enfin, un travail de méthodologie en RMN des solides a été effectué sur les séquences PRESTO III et D-R-INEPT. Cette dernière semble être prometteuse notamment pour une application en DNP RMN.
Metal-Organic Frameworks (MOF) are hybrids porous crystalline materials of high interest due to their interesting properties. However, their use in industrial processes is rather low when compared to other porous materials and can be explained by the lower thermal and chemical stabilities of MOF. Such structural modifications can be probed by different technics such as powder X ray diffraction, porosity measurement or Nuclear Magnetic Resonance. In this thesis, advanced solid-state NMR experiments were used (MQMAS, D HMQC and SFAM RESPDOR) to characterized these transformations. These experiments were used to highlight scandium coordination changes e.g. in MIL-100(Sc) (supported by ab-initio calculation of NMR parameters) or to measure variations of internuclear distances (MIL-100(Sc) and MIL 53(Al)). Trapped terephthalic acid were localized by these measurements in MIL 53(Al). Breathing effect of MIL 53(Al) and the dynamic of trapped xenon gas were investigated by 129Xe NMR as a function of temperature (1H→129Xe CPMAS, EXSY and selective inversion recovery). The evaluation of MOF stability when exposed to steam was initiated in this thesis with HKUST 1 Decomposition products formed by hydrolysis were identified by NMR and the stability of HKUST 1 treated under steam flow at 200 °C opens news outlooks for these materials. Besides these studies of structural transformations within MOF, the development of two new NMR experiments was done on: PRESTO-III and D R INEPT sequences. The D-R-INEPT sequence appears to be the most promising scheme especially for DNP-NMR application.
Les Metal-Organic Frameworks (MOF) sont des matériaux hybrides poreux cristallisés dont l’importance grandissante est liée à leurs propriétés intéressantes. Malgré l’engouement pour ces solides, leur déploiement dans des procédés industriels reste faible et s’explique par leurs plus faibles stabilités thermiques et chimiques. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour étudier les modifications structurales pouvant intervenir comme la diffraction des rayons X, la mesure de porosité ou la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Dans cette thèse, différentes techniques avancées de RMN ont été utilisées pour mettre en évidence ces transformations (MQMAS, D HMQC et SFAM-RESPDOR). Ces expériences ont notamment montré un changement de coordinence du scandium dans le MIL-100(Sc) (validé par des calculs ab initio de paramètres RMN) ainsi que des variations de distance internucléaire (MIL-100(Sc) et MIL 53(Al)). La localisation d’espèce piégée (acide téréphtalique) a également été réalisé dans le MIL-53(Al). La respiration de ce matériau a également été suivi par RMN 129Xe et la dynamique de ce gaz a été suivi en fonction de la température (1H→129Xe CPMAS, EXSY et inversion sélective). L’évaluation de la stabilité des MOF à la vapeur d’eau a également été initiée pendant ces travaux avec le HKUST-1. Ses produits de décomposition formés par hydrolyse ont été identifiés par RMN et sa stabilité sous vapeur à 200 °C ouvre de nouvelles perspectives pour de ce type de matériau. Enfin, un travail de méthodologie en RMN des solides a été effectué sur les séquences PRESTO III et D-R-INEPT. Cette dernière semble être prometteuse notamment pour une application en DNP RMN.
Metal-Organic Frameworks (MOF) are hybrids porous crystalline materials of high interest due to their interesting properties. However, their use in industrial processes is rather low when compared to other porous materials and can be explained by the lower thermal and chemical stabilities of MOF. Such structural modifications can be probed by different technics such as powder X ray diffraction, porosity measurement or Nuclear Magnetic Resonance. In this thesis, advanced solid-state NMR experiments were used (MQMAS, D HMQC and SFAM RESPDOR) to characterized these transformations. These experiments were used to highlight scandium coordination changes e.g. in MIL-100(Sc) (supported by ab-initio calculation of NMR parameters) or to measure variations of internuclear distances (MIL-100(Sc) and MIL 53(Al)). Trapped terephthalic acid were localized by these measurements in MIL 53(Al). Breathing effect of MIL 53(Al) and the dynamic of trapped xenon gas were investigated by 129Xe NMR as a function of temperature (1H→129Xe CPMAS, EXSY and selective inversion recovery). The evaluation of MOF stability when exposed to steam was initiated in this thesis with HKUST 1 Decomposition products formed by hydrolysis were identified by NMR and the stability of HKUST 1 treated under steam flow at 200 °C opens news outlooks for these materials. Besides these studies of structural transformations within MOF, the development of two new NMR experiments was done on: PRESTO-III and D R INEPT sequences. The D-R-INEPT sequence appears to be the most promising scheme especially for DNP-NMR application.
07-03-2019
07-03-2019
Thèse
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Bâtiment intelligent : Analyse et optimisation des dépenses d’énergie dans le logement social
Bâtiment intelligent : Analyse et optimisation des dépenses d’énergie dans le logement social


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Le travail de thèse porte sur l’optimisation des consommations d’énergie de chauffage dans le logement social. Il s’inscrit dans une démarche globale de réduction des consommations d’énergie. Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration entre l’Université de Lille et le bailleur Lille Métropole Habitat. Il s’appuie sur une instrumentation des logements occupés afin d’explorer les possibilités de réduction des consommations à travers le contrôle du système de chauffage et la sensibilisation des occupants. Le travail comporte 4 parties. La première partie comprend une étude bibliographique sur la précarité énergétique dans le logement social ainsi que les réglementations thermiques. La deuxième partie présente le site d’étude qui sert de support pour cette thèse. Cette partie décrit la méthode expérimentale et le système d’instrumentation utilisé pour réaliser les mesures du confort thermique. La troisième partie comporte une analyse de la température et de l’humidité relative pendant les différentes saisons. L’étude montre des périodes de surchauffe, qui se traduisent par des surconsommations. La dernière partie s’appuie sur le logiciel de simulation thermique dynamique Archiwizard. Elle montre le calage des paramètres numériques sur les mesures, ensuite elle donne une estimation des économies potentielles que nous pouvons réaliser par la simple application de la réglementation thermique.
This work concerns the optimization of heating energy consumption in social housing. It is a part of a global approach to reduce energy consumption in social housing. It was realized within a collaboration between Lille University and Lille Métropole Habitat. The research is based on monitoring occupied dwellings to explore the possibilities of reducing energy consumption through control of the heating system and the implication of tenants. This thesis is composed of four parts. The first part includes a literature review concerning energy precarity in social housing and thermal regulations. The second part presents the social housing residence used in this research. It presents in details the monitoring system and the experimental protocol used to follow the comfort conditions in the residence. The third part presents analysis of temperature and relative humidity recorded in three apartments. Analysis shows an overheating during the heating period, which leads to important increase in the heating expenses. The last part presents thermal simulation using the software “Archiwizard”. It shows the calibration of the numerical model as well as an estimation in heating energy savings.
Le travail de thèse porte sur l’optimisation des consommations d’énergie de chauffage dans le logement social. Il s’inscrit dans une démarche globale de réduction des consommations d’énergie. Ce travail a été réalisé grâce à une collaboration entre l’Université de Lille et le bailleur Lille Métropole Habitat. Il s’appuie sur une instrumentation des logements occupés afin d’explorer les possibilités de réduction des consommations à travers le contrôle du système de chauffage et la sensibilisation des occupants. Le travail comporte 4 parties. La première partie comprend une étude bibliographique sur la précarité énergétique dans le logement social ainsi que les réglementations thermiques. La deuxième partie présente le site d’étude qui sert de support pour cette thèse. Cette partie décrit la méthode expérimentale et le système d’instrumentation utilisé pour réaliser les mesures du confort thermique. La troisième partie comporte une analyse de la température et de l’humidité relative pendant les différentes saisons. L’étude montre des périodes de surchauffe, qui se traduisent par des surconsommations. La dernière partie s’appuie sur le logiciel de simulation thermique dynamique Archiwizard. Elle montre le calage des paramètres numériques sur les mesures, ensuite elle donne une estimation des économies potentielles que nous pouvons réaliser par la simple application de la réglementation thermique.
This work concerns the optimization of heating energy consumption in social housing. It is a part of a global approach to reduce energy consumption in social housing. It was realized within a collaboration between Lille University and Lille Métropole Habitat. The research is based on monitoring occupied dwellings to explore the possibilities of reducing energy consumption through control of the heating system and the implication of tenants. This thesis is composed of four parts. The first part includes a literature review concerning energy precarity in social housing and thermal regulations. The second part presents the social housing residence used in this research. It presents in details the monitoring system and the experimental protocol used to follow the comfort conditions in the residence. The third part presents analysis of temperature and relative humidity recorded in three apartments. Analysis shows an overheating during the heating period, which leads to important increase in the heating expenses. The last part presents thermal simulation using the software “Archiwizard”. It shows the calibration of the numerical model as well as an estimation in heating energy savings.
07-03-2019
07-03-2019
Thèse
Thèse
Depuis les années 90, la production mondiale de biodiesel ne cesse d’augmenter passant de 15000 à plus de 430000 barils par jour. Lors de la synthèse des biodiesels, « un déchet » est produit à hauteur de 10 %, le glycérol, ce qui représente une manne financière importante. Ce travail de thèse, financé par la SAS PIVERT, a eu pour objectif de valoriser ce glycérol en glyoxal, une molécule plate-forme, en utilisant la catalyse enzymatique. Trois réactions ont été étudiées : une première concernant l’oxydation du glycérol en glycéraldéhyde, une seconde réaction de clivage du glycéraldéhyde en glycolaldéhyde et une troisième réaction d’oxydation du glycolaldéhyde en glyoxal. Les enzymes qui catalysent ces réactions ne sont pas commerciales, nous avons donc développé deux approches pour rechercher ces enzymes. Concernant les oxydases, un programme bio-informatique a été développé pour rechercher une activité enzymatique cible dans la biodiversité. En ce qui concerne la réaction de clivage du glycéraldéhyde, nous avons opté pour une approche de mutagénèse dirigée à partir de la fructose-6-phosphate aldolase basée sur des études de docking. Cette enzyme a été choisie grâce à une étude bibliographique. En effet, elle possédait de nombreux critères indispensables pour notre étude. Ce travail a permis, au sein de notre laboratoire, de développer de nouvelles approches de recherche d’activités enzymatiques dans la biodiversité et une automatisation complète de tout le processus de bio-informatique et de biologie moléculaire.
Since 90s, biodiesel production increase from 15000 to 430000 barrels per day. However, during biodiesel synthesis, one molecule is produced at 10 %, the glycerol which represent an important financeable windfall. This project, funded by SAS PIVERT, was devoted to valorize glycerol into glyoxal, a building block, by enzymatic cascade. Three enzymatic reactions were studied, first glycerol oxidation into glyceraldehyde, second glyceraldehyde cleavage into glycolaldehyde and to finish a last oxidation reaction of glycolaldehyde to give the glyoxal. We haven’t found commercial enzymes able to catalyze these reactions. To find it, we have developed two different approaches. A bio-informatic program was created to search oxidase activity in biodiversity. A site directed mutagenesis method was developed from fructose-6-phosphate aldolase based on docking studies. This enzyme have been selected as started point after bibliographic research due to its characteristics. This PhD work has allowed to develop, in our laboratory, new approaches to research enzymes activity in biodiversity and a complete automation of the bio-informatic and molecular biology processes.
Depuis les années 90, la production mondiale de biodiesel ne cesse d’augmenter passant de 15000 à plus de 430000 barils par jour. Lors de la synthèse des biodiesels, « un déchet » est produit à hauteur de 10 %, le glycérol, ce qui représente une manne financière importante. Ce travail de thèse, financé par la SAS PIVERT, a eu pour objectif de valoriser ce glycérol en glyoxal, une molécule plate-forme, en utilisant la catalyse enzymatique. Trois réactions ont été étudiées : une première concernant l’oxydation du glycérol en glycéraldéhyde, une seconde réaction de clivage du glycéraldéhyde en glycolaldéhyde et une troisième réaction d’oxydation du glycolaldéhyde en glyoxal. Les enzymes qui catalysent ces réactions ne sont pas commerciales, nous avons donc développé deux approches pour rechercher ces enzymes. Concernant les oxydases, un programme bio-informatique a été développé pour rechercher une activité enzymatique cible dans la biodiversité. En ce qui concerne la réaction de clivage du glycéraldéhyde, nous avons opté pour une approche de mutagénèse dirigée à partir de la fructose-6-phosphate aldolase basée sur des études de docking. Cette enzyme a été choisie grâce à une étude bibliographique. En effet, elle possédait de nombreux critères indispensables pour notre étude. Ce travail a permis, au sein de notre laboratoire, de développer de nouvelles approches de recherche d’activités enzymatiques dans la biodiversité et une automatisation complète de tout le processus de bio-informatique et de biologie moléculaire.
Since 90s, biodiesel production increase from 15000 to 430000 barrels per day. However, during biodiesel synthesis, one molecule is produced at 10 %, the glycerol which represent an important financeable windfall. This project, funded by SAS PIVERT, was devoted to valorize glycerol into glyoxal, a building block, by enzymatic cascade. Three enzymatic reactions were studied, first glycerol oxidation into glyceraldehyde, second glyceraldehyde cleavage into glycolaldehyde and to finish a last oxidation reaction of glycolaldehyde to give the glyoxal. We haven’t found commercial enzymes able to catalyze these reactions. To find it, we have developed two different approaches. A bio-informatic program was created to search oxidase activity in biodiversity. A site directed mutagenesis method was developed from fructose-6-phosphate aldolase based on docking studies. This enzyme have been selected as started point after bibliographic research due to its characteristics. This PhD work has allowed to develop, in our laboratory, new approaches to research enzymes activity in biodiversity and a complete automation of the bio-informatic and molecular biology processes.
06-03-2019
06-03-2019
Thèse
Thèse

Formes et acteurs du commerce : quel rôle dans la construction des territoires métropolitains ? Etude des cas de Lille et Marseille-Aix
Formes et acteurs du commerce : quel rôle dans la construction des territoires métropolitains ? Etude des cas de Lille et Marseille-Aix


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Cette thèse part du constat de plusieurs mutations actuellement à l’œuvre. D’une part, le territoire métropolitain semble s’affirmer comme l’échelle de référence pour la définition des stratégies de développement urbain. Un des principaux éléments de définition de ce territoire est son polycentrisme, avec l’émergence de nouvelles centralités dans les espaces dits périphériques. D’autre part, le commerce connait également des mutations suite à l’évolution des modes de vie et de consommation. De nouvelles formes de commerces apparaissent et les grands formats emblématiques de la grande distribution s’interrogent sur leur avenir. Partant du principe que le commerce peut servir de révélateur, mais également de moteur au développement du territoire, nous avons cherché à comprendre comment le commerce, et plus particulièrement les grands formats de la grande distribution, pouvait à la fois jouer un rôle dans l’émergence de nouvelles centralités, mais aussi impacter la centralité de centre-ville. Il nous semble qu’une des principales conditions à la création de centralités à partir du commerce réside dans les relations entre acteurs publics et privés qui, par leurs décisions et leurs interactions, contribuent à définir le rôle du commerce dans le système urbain métropolitain. Or les jeux d’acteurs semblent évoluer vers une plus grande complexité, mais aussi une meilleure coopération entre acteurs publics et privés du commerce. Les observations effectuées sur nos eux territoires d’études nous amènent à proposer la notion d’ « urbanisme intégré » comme clé de lecture des nouveaux modes de gouvernance qui semblent se mettre en place autour de la question de l’urbanisme commercial.
This thesis work shares the observation of several mutations currently at work. On the one hand, metropolitan territory appears to be the benchmark for defining urban development strategies. One of the main elements of defining this territory is its polycentric dimension, with the emergence of new centralities in so-called peripheral spaces, whose status could then evolve. On the other hand, retail also has a large number of changes as a result of changing lifestyles and consumption. New forms of retail appear, and the large emblematic formats of the large distribution (shopping center, commercial zone) wonder about their future. Based on the principle that trade can serve as an indicator, but also as a driving force for the development of the territory, we have therefore sought to understand to what extent trade, and more particularly the large formats of large-scale distribution, could both play a role in the emergence of new centralities, but also impair the centrality of downtown. We have found that one of the main conditions for (re) creation of centralities from trade is the relationship between public and private actors of trade and the city which, through their decisions and interactions, help to define the role of commercial equipment in the metropolitan urban system. Players' games seem to be moving towards greater complexity, but also better cooperation between public actors and trade. The observations made on our examples lead us to propose the concept of «integrated urbanism» as a key to the reading of new modes of governance that seem to be in place around the issue of commercial planning at both the strategic and operational levels.
Cette thèse part du constat de plusieurs mutations actuellement à l’œuvre. D’une part, le territoire métropolitain semble s’affirmer comme l’échelle de référence pour la définition des stratégies de développement urbain. Un des principaux éléments de définition de ce territoire est son polycentrisme, avec l’émergence de nouvelles centralités dans les espaces dits périphériques. D’autre part, le commerce connait également des mutations suite à l’évolution des modes de vie et de consommation. De nouvelles formes de commerces apparaissent et les grands formats emblématiques de la grande distribution s’interrogent sur leur avenir. Partant du principe que le commerce peut servir de révélateur, mais également de moteur au développement du territoire, nous avons cherché à comprendre comment le commerce, et plus particulièrement les grands formats de la grande distribution, pouvait à la fois jouer un rôle dans l’émergence de nouvelles centralités, mais aussi impacter la centralité de centre-ville. Il nous semble qu’une des principales conditions à la création de centralités à partir du commerce réside dans les relations entre acteurs publics et privés qui, par leurs décisions et leurs interactions, contribuent à définir le rôle du commerce dans le système urbain métropolitain. Or les jeux d’acteurs semblent évoluer vers une plus grande complexité, mais aussi une meilleure coopération entre acteurs publics et privés du commerce. Les observations effectuées sur nos eux territoires d’études nous amènent à proposer la notion d’ « urbanisme intégré » comme clé de lecture des nouveaux modes de gouvernance qui semblent se mettre en place autour de la question de l’urbanisme commercial.
This thesis work shares the observation of several mutations currently at work. On the one hand, metropolitan territory appears to be the benchmark for defining urban development strategies. One of the main elements of defining this territory is its polycentric dimension, with the emergence of new centralities in so-called peripheral spaces, whose status could then evolve. On the other hand, retail also has a large number of changes as a result of changing lifestyles and consumption. New forms of retail appear, and the large emblematic formats of the large distribution (shopping center, commercial zone) wonder about their future. Based on the principle that trade can serve as an indicator, but also as a driving force for the development of the territory, we have therefore sought to understand to what extent trade, and more particularly the large formats of large-scale distribution, could both play a role in the emergence of new centralities, but also impair the centrality of downtown. We have found that one of the main conditions for (re) creation of centralities from trade is the relationship between public and private actors of trade and the city which, through their decisions and interactions, help to define the role of commercial equipment in the metropolitan urban system. Players' games seem to be moving towards greater complexity, but also better cooperation between public actors and trade. The observations made on our examples lead us to propose the concept of «integrated urbanism» as a key to the reading of new modes of governance that seem to be in place around the issue of commercial planning at both the strategic and operational levels.
06-03-2019
06-03-2019
Thèse
Thèse

Contribution à la modélisation de la tension d'arbre d'alternateurs de forte puissance en vue d'une utilisation pour le diagnostic
Contribution à la modélisation de la tension d'arbre d'alternateurs de forte puissance en vue d'une utilisation pour le diagnostic


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Le développement de nouveaux outils de diagnostic est primordial pour assurer la maintenance des grands alternateurs. La tension présente entre les deux extrémités de l’arbre est considérée comme une quantité indésirable car elle peut induire des dégradations dans les paliers et, est ainsi mesurée de manière préventive. Néanmoins, son analyse fine pourrait s’avérer utile pour la détection de défauts. Comme la tension d’arbre est présente même en fonctionnement sain de l’alternateur, il est nécessaire de découpler toutes les causes qui peuvent l’engendrer. L’objectif de ce travail consiste donc à mener une investigation sur les multiples sources à l’origine de cette tension d’arbre afin de pouvoir quantifier leurs impacts respectifs, mais également de déterminer la signature d’un défaut de court-circuit entre spires ou d’excentricité rotorique. Une première étude a porté sur l’analyse de machines simplifiées dans le but d’isoler l’impact d’un défaut donné. Deux approches ont été développées, la première à partir d’un modèle analytique et la seconde à l’aide de la modélisation par éléments finis. Les conclusions émises par ces deux approches ont été analysées et comparées montrant des concordances qualitatives intéressantes. Ensuite, deux turboalternateurs de grande puissance (900 MW et 1300 MW) ont été modélisés par une approche numérique en 2D. Une démarche d’investigation systématique a été menée pour caractériser l’influence de plusieurs causes afin de cerner et quantifier leurs impacts sur la tension d’arbre. Enfin, une modélisation tridimensionnelle d’un des 2 alternateurs a permis de montrer l’effet des têtes de bobines et ce, en régime sain comme en défaut.
The development of new diagnostic tools is compulsory for the maintenance of large generators. The voltage which appears between the two ends of the shaft of the machine is an undesirable quantity because it can induce degradations in the bearings and thus, it is measured in a preventive manner. However, its analysis could be useful for the detection of some given defects. Since this voltage is non-nil even in healthy operation, it is necessary to be able to dissociate all the causes which can generate it. The objective of this work is to conduct an investigation on the multiple sources which can induce this shaft voltage in order to quantify their respective impacts, but also to highlight more specifically the signature of an interturn short circuit or rotor eccentricity. A first study was focused on the analysis of simplified machines in order to isolate the impact of the inherent effect of a given defect without interaction with other parameters. Two approaches were then developed, the first from an analytical approach and the second one using a finite element modeling. Conclusions of these approaches have been analyzed and compared thus showing interesting qualitative concordances. Then, two high power turbogenerators (900 MW and 1300 MW) were modeled using a numerical approach in 2D. An enquiry process was conducted to characterize the influence of several causes in order to identify and quantify their impacts on the shaft voltage. Finally, a three-dimensional modeling of one of these alternators showed a significant effect of the rotor and stator end windings on this shaft voltage either in healthy and faulty operating.
Le développement de nouveaux outils de diagnostic est primordial pour assurer la maintenance des grands alternateurs. La tension présente entre les deux extrémités de l’arbre est considérée comme une quantité indésirable car elle peut induire des dégradations dans les paliers et, est ainsi mesurée de manière préventive. Néanmoins, son analyse fine pourrait s’avérer utile pour la détection de défauts. Comme la tension d’arbre est présente même en fonctionnement sain de l’alternateur, il est nécessaire de découpler toutes les causes qui peuvent l’engendrer. L’objectif de ce travail consiste donc à mener une investigation sur les multiples sources à l’origine de cette tension d’arbre afin de pouvoir quantifier leurs impacts respectifs, mais également de déterminer la signature d’un défaut de court-circuit entre spires ou d’excentricité rotorique. Une première étude a porté sur l’analyse de machines simplifiées dans le but d’isoler l’impact d’un défaut donné. Deux approches ont été développées, la première à partir d’un modèle analytique et la seconde à l’aide de la modélisation par éléments finis. Les conclusions émises par ces deux approches ont été analysées et comparées montrant des concordances qualitatives intéressantes. Ensuite, deux turboalternateurs de grande puissance (900 MW et 1300 MW) ont été modélisés par une approche numérique en 2D. Une démarche d’investigation systématique a été menée pour caractériser l’influence de plusieurs causes afin de cerner et quantifier leurs impacts sur la tension d’arbre. Enfin, une modélisation tridimensionnelle d’un des 2 alternateurs a permis de montrer l’effet des têtes de bobines et ce, en régime sain comme en défaut.
The development of new diagnostic tools is compulsory for the maintenance of large generators. The voltage which appears between the two ends of the shaft of the machine is an undesirable quantity because it can induce degradations in the bearings and thus, it is measured in a preventive manner. However, its analysis could be useful for the detection of some given defects. Since this voltage is non-nil even in healthy operation, it is necessary to be able to dissociate all the causes which can generate it. The objective of this work is to conduct an investigation on the multiple sources which can induce this shaft voltage in order to quantify their respective impacts, but also to highlight more specifically the signature of an interturn short circuit or rotor eccentricity. A first study was focused on the analysis of simplified machines in order to isolate the impact of the inherent effect of a given defect without interaction with other parameters. Two approaches were then developed, the first from an analytical approach and the second one using a finite element modeling. Conclusions of these approaches have been analyzed and compared thus showing interesting qualitative concordances. Then, two high power turbogenerators (900 MW and 1300 MW) were modeled using a numerical approach in 2D. An enquiry process was conducted to characterize the influence of several causes in order to identify and quantify their impacts on the shaft voltage. Finally, a three-dimensional modeling of one of these alternators showed a significant effect of the rotor and stator end windings on this shaft voltage either in healthy and faulty operating.
06-03-2019
06-03-2019
Thèse
Thèse

Use of BIM for the optimal management of existing buildings
Use of BIM for the optimal management of existing buildings


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Ce travail de thèse porte sur l'utilisation de la maquette numérique du bâtiment (BIM) pour l'optimisation de la gestion des bâtiments existants, en particulier le logement social. Ces bâtiments sont caractérisés par le vieillissement, les faibles performances énergétiques et le faible revenu des locataires dans le cas des logements sociaux. Les gestionnaires de ces bâtiments souffrent d’un manque de données concernant le patrimoine, ce qui peut entraîner des décisions inefficaces. La thèse présente d’abord les défis de la gestion technique de patrimoine, puis elle explique comment le BIM pourrait aider à relever ces défis en créant une plate-forme comprenant les informations sur le bâtiment et ses équipements ainsi que l'historique et la maintenance. Les avantages du modèle BIM sont illustrés à travers deux cas études : une résidence de logement social comprenant 50 appartements et un bâtiment de recherche sur le campus scientifique de l'Université de Lille. Le rapport de thèse est organisé en quatre parties. La première partie comprend l’état de l’art concernant les méthodes actuelles de gestion technique de patrimoine et l’apport du BIM à cette gestion. La deuxième partie décrit les étapes réalisées pour construire le modèle BIM d’une résidence de logement social. La troisième partie décrit l'implémentation du BIM pour optimiser la gestion des installations et la maintenance des bâtiments. La dernière partie décrit le développement d'un modèle BIM dynamique par la combinaison du model BIM et les données de confort et de consommations collectées avec des capteurs. Ce modèle sert à informer en temps réel les usagers et les gestionnaires.
This research concerns the use of the Building Information Modeling (BIM) for the optimal management of existing buildings, in particular social housing buildings. These buildings are characterized by aging, poor energy performances and tenant’s low-income. The building managers suffer from lack of data concerning the buildings asset which could lead to poor operating decisions. The thesis discusses how the BIM could help to meet existing buildings challenges by the creation of a friendly comprehensive system including information about the building and equipment as well as the maintenance. The benefits of the BIM model are illustrated through two case studies, which concern a social housing residence and a research building respectively. This thesis is composed of four parts. The first part includes a literature review concerning the current methods of facility management, and the role of BIM in improving this management. The second part describes steps carried out to realize the BIM model of an existing social housing residence which includes 50 dwells. The third part describes the use of BIM to optimize facilities management and building maintenance. The last part describes the development of a dynamic BIM model using the as built BIM and real time data collected with sensors to inform users and managers about energy consumption and abnormal events.
Ce travail de thèse porte sur l'utilisation de la maquette numérique du bâtiment (BIM) pour l'optimisation de la gestion des bâtiments existants, en particulier le logement social. Ces bâtiments sont caractérisés par le vieillissement, les faibles performances énergétiques et le faible revenu des locataires dans le cas des logements sociaux. Les gestionnaires de ces bâtiments souffrent d’un manque de données concernant le patrimoine, ce qui peut entraîner des décisions inefficaces. La thèse présente d’abord les défis de la gestion technique de patrimoine, puis elle explique comment le BIM pourrait aider à relever ces défis en créant une plate-forme comprenant les informations sur le bâtiment et ses équipements ainsi que l'historique et la maintenance. Les avantages du modèle BIM sont illustrés à travers deux cas études : une résidence de logement social comprenant 50 appartements et un bâtiment de recherche sur le campus scientifique de l'Université de Lille. Le rapport de thèse est organisé en quatre parties. La première partie comprend l’état de l’art concernant les méthodes actuelles de gestion technique de patrimoine et l’apport du BIM à cette gestion. La deuxième partie décrit les étapes réalisées pour construire le modèle BIM d’une résidence de logement social. La troisième partie décrit l'implémentation du BIM pour optimiser la gestion des installations et la maintenance des bâtiments. La dernière partie décrit le développement d'un modèle BIM dynamique par la combinaison du model BIM et les données de confort et de consommations collectées avec des capteurs. Ce modèle sert à informer en temps réel les usagers et les gestionnaires.
This research concerns the use of the Building Information Modeling (BIM) for the optimal management of existing buildings, in particular social housing buildings. These buildings are characterized by aging, poor energy performances and tenant’s low-income. The building managers suffer from lack of data concerning the buildings asset which could lead to poor operating decisions. The thesis discusses how the BIM could help to meet existing buildings challenges by the creation of a friendly comprehensive system including information about the building and equipment as well as the maintenance. The benefits of the BIM model are illustrated through two case studies, which concern a social housing residence and a research building respectively. This thesis is composed of four parts. The first part includes a literature review concerning the current methods of facility management, and the role of BIM in improving this management. The second part describes steps carried out to realize the BIM model of an existing social housing residence which includes 50 dwells. The third part describes the use of BIM to optimize facilities management and building maintenance. The last part describes the development of a dynamic BIM model using the as built BIM and real time data collected with sensors to inform users and managers about energy consumption and abnormal events.
05-03-2019
05-03-2019
Thèse
Thèse

Contribution à l’étude de la formation et de l’élimination de dépôts protéiques d’origine laitière dans les zones de chauffage et de chambrage : développement et étude d’un capteur d’encrassement et d’un mélangeur statique tourbillonnaire
Contribution à l’étude de la formation et de l’élimination de dépôts protéiques d’origine laitière dans les zones de chauffage et de chambrage : développement et étude d’un capteur d’encrassement et d’un mélangeur statique tourbillonnaire


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Dans l'industrie agroalimentaire, la formation de dépôts d’origine protéique en paroi interne des équipements sous l’effet de la chaleur est un inconvénient majeur. Accéder au taux d’encrassement de l’installation par des capteurs non intrusifs reste un défi. Dans le but d’améliorer la détection des encrassements dans des systèmes fermés, un capteur permettant de suivre in situ et en continu l’évolution de la résistance thermique d’un dépôt a été développé et validé par comparaison avec le facteur d’encrassement d’un échangeur de chaleur en amont de la zone de mesure. Un deuxième objectif était de quantifier l’effet d’un module générant un écoulement de type swirl lors de la formation d’un dépôt ainsi que lors de son élimination par un nettoyage en place à l’échelle du pilote industriel. Les expérimentations réalisées ont permis de mettre en évidence qu’en présence du module de swirl une augmentation de la masse de dépôt se produisait à la paroi interne des sections tubulaires après traitement thermique d’une solution de protéines laitières. L’hypothèse d’une augmentation des transferts de matière en proche paroi a été émise et démontrée pour expliquer ce résultat en dépit de l’augmentation des contraintes pariétales. Afin d’étudier l’effet de l’écoulement de type swirl sur le nettoyage, un dispositif permettant de générer un dépôt à l’intérieur d’un tube en verre a d’abord été développé puis une méthode de détermination du temps de nettoyage par analyse d’images. Pour les conditions thermomécaniques de nettoyage testées, cette étude a mis en évidence qu’une plus grande efficacité au nettoyage pouvait être atteinte en présence du module de swirl confirmant que l’augmentation des transferts de matière est le mécanisme prépondérant lors de la formation des dépôts et de leur élimination.
In food industry, protein fouling growth under heat flux at the internal wall of equipment is a major drawback. Fouling measurements by non-intrusive sensor is a challenge. Aiming to improve fouling detection in closed systems, a continuous monitoring system was developed and validated by comparison with the fouling factor of the upstream heat exchanger. A second challenge was to evaluate the effect of an insert generating a swirl flow on the fouling phenomenon and also during the cleaning in place step at a pilot scale. The experimental results shown that the swirl flow leads to a mass deposit increase inside ducts placed after a heat plate exchanger treating milk protein. Mass transfer increase close to the wall can explain the result in spite of the wall shear rate increase. In the aim of study the effect of swirl flow on cleaning, first a device was developed in order to generate fouling inside glass ducts and next a method for determining cleaning time using images analysis technique was also developed. In the thermal and hydraulic conditions tested, the experiments shown a better cleaning efficiency in presence of swirl flow. It confirms that mass transfer increase is the fouling and cleaning leading mechanism.
Dans l'industrie agroalimentaire, la formation de dépôts d’origine protéique en paroi interne des équipements sous l’effet de la chaleur est un inconvénient majeur. Accéder au taux d’encrassement de l’installation par des capteurs non intrusifs reste un défi. Dans le but d’améliorer la détection des encrassements dans des systèmes fermés, un capteur permettant de suivre in situ et en continu l’évolution de la résistance thermique d’un dépôt a été développé et validé par comparaison avec le facteur d’encrassement d’un échangeur de chaleur en amont de la zone de mesure. Un deuxième objectif était de quantifier l’effet d’un module générant un écoulement de type swirl lors de la formation d’un dépôt ainsi que lors de son élimination par un nettoyage en place à l’échelle du pilote industriel. Les expérimentations réalisées ont permis de mettre en évidence qu’en présence du module de swirl une augmentation de la masse de dépôt se produisait à la paroi interne des sections tubulaires après traitement thermique d’une solution de protéines laitières. L’hypothèse d’une augmentation des transferts de matière en proche paroi a été émise et démontrée pour expliquer ce résultat en dépit de l’augmentation des contraintes pariétales. Afin d’étudier l’effet de l’écoulement de type swirl sur le nettoyage, un dispositif permettant de générer un dépôt à l’intérieur d’un tube en verre a d’abord été développé puis une méthode de détermination du temps de nettoyage par analyse d’images. Pour les conditions thermomécaniques de nettoyage testées, cette étude a mis en évidence qu’une plus grande efficacité au nettoyage pouvait être atteinte en présence du module de swirl confirmant que l’augmentation des transferts de matière est le mécanisme prépondérant lors de la formation des dépôts et de leur élimination.
In food industry, protein fouling growth under heat flux at the internal wall of equipment is a major drawback. Fouling measurements by non-intrusive sensor is a challenge. Aiming to improve fouling detection in closed systems, a continuous monitoring system was developed and validated by comparison with the fouling factor of the upstream heat exchanger. A second challenge was to evaluate the effect of an insert generating a swirl flow on the fouling phenomenon and also during the cleaning in place step at a pilot scale. The experimental results shown that the swirl flow leads to a mass deposit increase inside ducts placed after a heat plate exchanger treating milk protein. Mass transfer increase close to the wall can explain the result in spite of the wall shear rate increase. In the aim of study the effect of swirl flow on cleaning, first a device was developed in order to generate fouling inside glass ducts and next a method for determining cleaning time using images analysis technique was also developed. In the thermal and hydraulic conditions tested, the experiments shown a better cleaning efficiency in presence of swirl flow. It confirms that mass transfer increase is the fouling and cleaning leading mechanism.
05-03-2019
05-03-2019
Thèse
Thèse
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