De cette thèse, une nouvelle méthode éléments finis hybride MAX-FEM dédiée à la modélisation thermomécanique des structures avec couches minces a été développée. Cette nouvelle approche se base sur un couplage analytique-numérique de deux méthodes : les Développements Asymptotiques Raccordés (MAE) et la Partition de l'Unité (PUM). Ce couplage consiste à construire l'enrichissement de la PUM par MAE est mène à une forme corrigée de la méthode des éléments finis classique (FEM). Cette correction est obtenue à travers des matrices de correction contenant les informations géométriques et caractéristiques du matériau de la couche mince. Les matrices introduites par l'approche MAX-FEM simplifient son implémentation numérique sous différents codes de calculs (MATLAB, ABAQUS, ...) et permettent l'obtention de la solution globale en un seul calcul. Les résultats obtenus par la MAX-FEM pour des applications 1D et 2D thermomécaniques montrent une très bonne précision avec un temps de calcul minimal et sans raffinement de maillage. De plus, la MAX-FEM surmonte les limitations de la MAE ainsi que celle de la PUM en termes de nombre de calculs, de la sensibilité aux propriétés des matériaux, des conditions aux limites ainsi que l'intégration numérique. Finalement, l'approche MAX-FEM est exploitée pour le développement d'un nouveau protocole expérimental dédié à la caractérisation thermique des couches minces. Ce protocole vise l'identification, de manière simple, de la conductivité thermique de la couche mince après son élaboration et sous les deux régimes transitoire et permanent. L'approche consiste à confronter la nature du transfert thermique d'une éprouvette homogène à une contenant une couche mince. La différence relevée est directement liée à la conductivité thermique de la couche mince. Les résultats obtenus, après réalisation du banc d'essais, montrent une bonne précision de l'approche avec une méthodologie de mesure simple à mettre en oeuvre.

L'objectif de cette thèse est de mettre en œuvre une description multi-échelle adaptée aux écoulements de fluides dans des micro-/nano-conduites. Cette approche doit permettre de décrire, aussi bien les petites échelles relatives aux interactions du fluide avec les atomes du mur, que les grandes échelles de l'écoulement engendrées par les conditions aux limites d'entrée/sortie du canal. Pour cela, nous avons développé une méthode qui couple une modélisation continue des écoulements et des transferts de chaleur dans le cœur du canal avec une modélisation discrète proche des parois, basée sur une représentation atomistique du fluide et du mur.Les équations de Navier-Stokes et de l'énergie, couplées à une équation d'état, sont approximées par une méthode de volumes finis dans le cœur de l'écoulement alors que des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour représenter finement les interactions entre le fluide et la paroi. Cette approche hybride nécessite la transmission d'informations entre les modélisations : les grandeurs moyennées moléculaires sont imposées comme conditions aux limites pour le modèle continu, et la dynamique sous contrainte, couplée à un thermostat de Langevin, est utilisée pour piloter l'échelle moléculaire. Une représentation par des plots moléculaires locaux de petite taille, intelligemment répartis le long de l'interface entre le fluide et le mur, permet de traiter des écoulements et des transferts dans des canaux de très grands allongements, pour des coûts de calcul raisonnables.Après une partie de validation, des simulations hybrides multi-échelles d'écoulements dans des canaux constitués de parois en platine ont été menées pour de l'argon en phase liquide (incompressible) ou gazeuse (compressible), en tenant compte éventuellement du changement de phase au voisinage de la paroi.

Un nouveau logiciel CFD, LaBS, basé sur la méthode de lattice Boltzmann sur Réseau a été développé dans le cadre d'un projet entre universités et industries. LaBS est utilisé pour la simulation numérique des écoulements thermiques avec un nouveau modèle de frontière immergée pour les conditions limites thermiques. Ce modèle est basé sur la méthode de reconstruction de la fonction de distribution et est évalué pour des conditions limites coincidentes et non-coincidentes avec le maillage, sur le phénomène de diffusion thermique et de convection naturelle.Renault s'intéresse aux situations d'arrêt péage ou de contact coupé, pour lesquelles sont considérés un véhicule roulant à une vitesse soutenue, sur une autoroute par exemple, et qui subit un arrêt ou un ralentissement brutal (avec ou sans contact coupé).Dans ce genre de situation le refroidissement du compartiment moteur qui était assuré par le phénomène de convection forcé durant le roulage laisse place au phénomène de convection naturelle durant les phases de base vitesse ou de vitesse nulle.Le phénomène de convection naturelle est un phénomène lent, qui peut prendre plusieurs minutes à évacuer la chaleur accumulée dans le compartiment moteur. La présence de température élevée pendant une durée trop importante dans le compartiment moteur peut endommager certains composants qui possèdent des seuils de température critique.Pour anticiper ce problème de surchauffe du compartiment moteur, dans lequel un grand nombre de pièces à géométries complexes sont présentes, le phénomène de convection naturelle est étudié avec le nouveau modèle de frontière immergée thermique.%Ce modèle est d'abord testé sur des cas test académique pour validation et est ensuite appliqué au cas d'une voiture réelle.La modélisation des écoulements thermiques avec la méthodes de lattice Boltzmann sur Réseau (LBM) peut-être classée en trois catégories: l'approche multi-vitesse, l'approche hybride et l'approche à deux fonctions de distribution (DDF: Double-Distribution-Function).L'approche multi-vitesse, utilise une équation pour résoudre le champ de vitesse, de densité et de température qui sont résolus avec la LBM. Tandis que l'approche hybride et l'approche DDF utilise un jeux de deux équations, un pour résoudre le champ de vitesse et de densité et l'autre pour résoudre le champ de température.L'approche hybride résout le champ de vitesse et de densité avec la LBM et utilise une méthode de différence finie ou de volume fini pour résoudre le champ de température. L'approche DDF résout quand à elle les deux équations avec la LBM.Le modèle thermique utilisé dans LaBS est basé sur l'approche DDF où les deux équations sont couplées par l'hypothèse de Boussinesq. Le champ de vitesse et de densité est résolu avec un réseau de dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) et champs de température est résolut soit par un réseau à dix-neuf vitesses discrètes (D3Q19) soit par un réseau à sept vitesses discrètes (D3Q7).Le nouveau modèle de frontière immergée décompose la fonction de distribution aux noeuds frontière en sa partie à l'équilibre et hors équilibre. La partie hors équilibre est calculée à partir d'une formulation théorique issus du développement de Chapman-Enskog.La validation du modèle DDF implémenté dans LaBS est faite sur un ensemble de cas test de complexité croissante. Les résultats obtenus avec LaBS sont comparés aux solutions analytiques ou encore à des articles de référence et sont en accord avec les résultats attendus. Ils montrent que qualitativement les résultats sont aussi bons pour le modèle D3Q19/D3Q19 que pour le modèle D3Q19/D3Q7 mais que quantitativement le modèle D3Q19/D3Q19 reste meilleur.

CETTE THESE PRESENTE UNE NOUVELLE APPROCHE POUR LA REPRESENTATION DES SYSTEMES DYNAMIQUES HYBRIDES COMPLEXES, I.E. DES SYSTEMES A DYNAMIQUE CONTINUE ET DISCRETE COMPOSES DE NOMBREUSES ENTITES EN INTERACTION, AINSI QU'UN OUTIL POUR LA MANIPULATION DES MODELES ET LEUR SIMULATION. CETTE APPROCHE EST BASEE SUR UN FORMALISME A FLUX DE DONNEES POUR LA REPRESENTATION MODULAIRE DE CES SYSTEMES. L'IDEE PRINCIPALE EST DE DEFINIR UN FORMALISME DE DESCRIPTION MODULAIRE ET DECLARATIF, PLUTOT QU'UN LANGAGE DE SIMULATION IMPERATIF BASE SUR DES INSTRUCTIONS INFORMATIQUES. CE FORMALISME EST BASE SUR L'INTERACTION DE BLOCS DE MODELE DEFINIS PAR UN ENSEMBLE DE RELATIONS ET DE SIGNAUX A-CAUSAUX QUI PERMETTENT DE DECRIRE UNE DYNAMIQUE HYBRIDE. LA COMPLEXITE DU SYSTEME EST AINSI DIVISEE EN PLUSIEURS ENTITES PLUS PETITES ET PLUS SIMPLES QUI PEUVENT ETRE CONSTRUITES, MODIFIEES OU REUTILISEES INDEPENDAMMENT. NOTRE PRINCIPALE CONTRIBUTION A ETE DE FORMALISER UN MOYEN EFFICACE DE REPRESENTER CES BLOCS DE MODELE ET LEURS INTERACTIONS. NOUS AVONS PRINCIPALEMENT UTILISE CETTE APPROCHE POUR LA SIMULATION DU COMPORTEMENT DU SYSTEME EN BOUCLE FERMEE, I.E. DU PROCEDE AVEC SON SYSTEME DE COMMANDE, DE FACON A REPONDRE A DE NOUVEAUX BESOINS COMME PAR EXEMPLE LA VALIDATION DU LOGICIEL DE COMMANDE. NOUS AVONS ENSUITE MIS EN UVRE UNE PROCEDURE DE COMPILATION DU MODELE SOUS UNE FORME ADAPTEE A LA SIMULATION NUMERIQUE, EN ANALYSANT SYMBOLIQUEMENT LA STRUCTURE CAUSALE DU MODELE, ET EN GENERANT DES MODELES LOCAUX POUR CHAQUE CONFIGURATION DU SYSTEME PHYSIQUE. ENFIN, DES METHODES NUMERIQUES DE SIMULATION DES SYSTEMES DYNAMIQUES HYBRIDES ONT EGALEMENT ETE MISES EN UVRE. AFIN D'ILLUSTRER SES CAPACITES DE MODELISATION ET DE SIMULATION, L'OUTIL A ETE VALIDE SUR DIFFERENTS

Implanter une machine électrique dans un véhicule hybride pose avant tout des problèmes d'encombrement. Sous-dimensionner la machine semble légitime compte tenu de l'usage qui en est fait sur véhicule. Par contre, cela suppose que les aspects thermiques soient pris en compte non seulement lors de l'utilisation, mais aussi lors de la conception de la machine. Le phénomène majeur limitant la densité de puissance massique des machines électriques est l'échauffement interne des bobines et des aimants. La modélisation thermique de la machine est complexe compte tenu de la diversité des sources de chaleur et de la coexistence de différents modes de transferts thermiques : conduction dans la matière, convection avec l'eau de refroidissement, conduction, convection et rayonnement dans l'entrefer. En termes de géométrie, si une première approche peut être réalisée en ne considérant que des flux de chaleur radiaux, la composante axiale doit nécessairement être prise en compte dès lors qu'on veut tenir compte aussi des extrémités de machine, et notamment de la chaleur produite par les roulements et les têtes de bobines. Ainsi pour pouvoir analyser pertinemment les transferts thermiques dans la machine, des méthodes numériques de type CFD ont été utilisées pour caractériser le transfert thermique par convection. La caractérisation des échanges thermiques par convection naturelle et forcée a été réalisée à l'intérieur d'une machine synchrone à aimants permanents internes (MAPI). Des relations empiriques ont été proposées afin de prendre en compte le couplage entre la thermique et l'aérodynamique dans les cavités des machines électriques totalement fermées. Afin de valider la pertinence des modèles numériques dans le cadre de ce travail, des mesures thermiques à l'aide des moyens d'essais de l'UTC ont été réalisées. Les résultats de cette étude sont utilisés pour construire des circuits thermiques équivalents qui prennent en compte les phénomènes thermiques complexes dans les machines électriques fermées utilisées dans les véhicules hybrides et électriques. Ces recommandations de conception permettront l'optimisation de l'effort investi pour le refroidissement de la machine électrique dans ses différentes phases de fonctionnement.

Ce mémoire porte sur la modélisation et la commande prédictive fonctionnelle d'un échangeur thermique à contre courant. Deux approches partielle et globale ont été proposées. La première approche est semi-analytique et consiste à caractériser la dynamique des températures le long de l'échangeur à partir d'une modélisation partielle. L'évolution des températures est approchée par une réponse de type premier ordre. La deuxième approche est globale, fondée sur le théorème de convexité. Elle est basée sur un bilan global de l'échangeur thermique. Seules les températures d'entrée et de sortie sont prises en compte. Les équations représentant les échanges thermiques en régime stationnaire ont été mises sous une forme convexe. Ensuite, les deux approches ont été couplées à la commande prédictive fonctionnelle pour contrôler l'échangeur thermique à contre courant d'une part en configuration de réchauffeur et d'autre part en configuration de refroidisseur. Dans la première configuration, le modèle renouvelle ses paramètres à chaque instant en fonction de la variable de contrôle. Dans la deuxième configuration, la propriété de convexité des échanges thermiques a permis de distinguer les effets linéaires des températures d'entrée des effets non linéaires des débits. Une loi de commande générique permet le contrôle du procédé soit par la température d'entrée soit par le débit. La commande aété testée en prenant le débit comme variable de contrôle. Dans la loi de commande, ce n'est pas l'entrée principale qui est calculée mais plutôt le paramètre qui est évalué. La robustesse de cete technique couplée aux modèles développés a été testée.

Optical properties, particularly in the infrared range of wavelengths, continue to be of enormous interest to both material scientists and device engineers. The need for the development of standards for data of optical properties in the infrared range of wavelengths is very timely considering the on-going transition of nano-technology from fundamental R&D to manufacturing. Radiative properties play a critical role in the processing, process control and manufacturing of semiconductor materials, devices, circuits and systems. The design and implementation of real-time process control methods in manufacturing requires the knowledge of the radiative properties of materials. Sensors and imagers operate on the basis of the radiative properties of materials. This book reviews the optical properties of various semiconductors in the infrared range of wavelengths. Theoretical and experimental studies of the radiative properties of semiconductors are presented. Previous studies, potential applications and future developments are outlined. In Chapter 1, an introduction to the radiative properties is presented. Examples of instrumentation for measurements of the radiative properties is described in Chapter 2. In Chapters 3-11, case studies of the radiative properties of several semiconductors are elucidated. The modeling and applications of these properties are explained in Chapters 12 and 13, respectively. In Chapter 14, examples of the global infrastructure for these measurements are illustrated.