Dissertations / Theses on the topic 'Tomographie industrielle'

Malgré leur fort développement en assainissement domestique urbain, les bioréacteurs à membranes (BaM) pâtissent de phénomènes de colmatage, induisant des coûts énergétiques et de maintenance importants. L’aération séquencée des membranes par des grosses bulles est l’une des stratégies pour limiter le colmatage ; son impact a fait l’objet de plusieurs études mais reste globalement mal compris, notamment du fait de la complexité de ces systèmes, multiphasiques et opaques. L’hydrodynamique des réacteurs reste mal caractérisée en présence de boues. Pour apporter des éléments de compréhension aux mécanismes de limitation du colmatage par injection d’air, un pilote de filtration membranaire semi-industriel (2 m3, 3 sous modules fibres creuses Puron®) a été conçu, dimensionné et installé sur l’unité de traitement des jus (TDJ) de la station d’épuration Seine Aval (SIAAP), afin d’être alimenté en boues biologiques dans des conditions réelles de fonctionnement. Le suivi des paramètres opératoires du pilote et de ses performances de filtration sur une période de 5 mois avait un double objectif : (i) mieux caractériser la dispersion du gaz pour différentes conditions de fonctionnement (paramètres de l’aération, concentration en boues de l’alimentation), (ii) hiérarchiser les facteurs qui limitent le colmatage des membranes. Il s’agit in fine de proposer des stratégies d’aération adaptées et efficaces pour limiter le colmatage. Afin de caractériser la dispersion du gaz dans le réacteur, une méthodologie innovante basée sur la tomographie de résistivité électrique (ERT) a été adaptée au pilote. Les conditions d’utilisation de l’ERT (nombre d’électrodes de mesure, séquence de quadripôles) ont été sélectionnées à travers une étude numérique, de même que les paramètres d’inversion nécessaires pour reconstituer la cartographie des résistivités à partir des mesures expérimentales. Cette étude numérique poussée, réalisée sous COMSOL, a permis de conclure à l’intérêt de la méthode pour représenter la distribution des phases dans la géométrie considérée. L’ERT a donc été appliquée au pilote alimenté en boues, pour différentes conditions d’aération. Le jeu de données de filtration a par ailleurs été analysé par logique floue, à l’aide du logiciel FisPro. Les arbres de décision obtenus, en analysant les résultats de manière globale et en les regroupant par conditions opératoires similaires, ont mis en évidence l’impact prépondérant des variables suivantes sur la dérive de perméabilité observée (comprise entre - 9 et 2 LMH/bar) : la différence de DCO entre le surnageant des boues et le perméat (DDCO) traduisant une phase colloïdale complexe, et la concentration en matières en suspension (MES), ayant toutes deux un impact négatif sur les performances de filtration. Une augmentation du débit d’air conduirait à une limitation de la dérive de perméabilité, sauf lorsque la variable DCO est élevée (> à 500 mg/L), cette hypothèse restant cependant à vérifier sur une base de données plus conséquente. Le modèle ainsi obtenu par logique floue permet de mieux simuler les évolutions de perméabilité que les modèles obtenus par régression linéaire multivariée (erreurs de 0,61 et de 0,70 respectivement), et ce malgré une incertitude relative importante sur la mesure de perméabilité (jusqu’à 16 %). Ces résultats sont cohérents avec la dispersion du gaz observée par ERT : son homogénéité dépend de la concentration en MES et du débit d’air injecté. A forte concentration en MES (6 – 10 g/L), des zones préférentielles de passage des bulles ont été observées, en particulier à faible débit d’air, expliquant ainsi un colmatage plus important. L’utilisation nouvelle dans ce contexte de ces techniques, ERT et logique floue, donne des résultats qui confortent l’intérêt d’adapter l’aération (débit, séquençage) aux caractéristiques des boues notamment leurs concentrations, et qui permettent d’envisager des stratégies de contrôle de ces paramètres

Les THTZ (réfractaires électrofondus à Très Haute Teneur en Zircone) sont des matériaux utilisés pour la construction de fours verriers. Ils sont composés d'un squelette dendritique de zircone imprégné de phase vitreuse. Cette étude, qui fait partie du programme national de recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), financé par l'ANR (Agence Nationale pour la Recherche), vise à étudier les influences de la morphologie tridimensionnelle de la microstructure et des propriétés des phases sur le comportement mécanique du THTZ, en particulier pendant la transformation quadratique-monoclinique qui intervient lors du refroidissement post-coulée. Les microstructures 3D de différents matériaux ont été investiguées par tomographie X à l'ESRF (synchrotron de Grenoble). Les images 3D segmentées ont donné lieu à des analyses d'images permettant de caractériser la topologie microstructurale des matériaux, à travers de mesures de covariance, de tortuosité et de percolation. Une relation entre la vitesse d'attaque par l'acide fluorhydrique (HF) et la densité de surface du squelette de zircone a été identifiée. En segmentant le squelette de zircone par la méthode des bassins versants (watershed), nous avons pu comparer le niveau de connectivité du réseau de zircone des différents matériaux. Les résultats sont corrélés avec les calculs numériques de la rigidité microstructurale du squelette des matériaux. Après attaque acide et à haute température, un phénomène de flexibilité a été observé sur des éprouvettes minces et a pu être mis en relation avec la connectivité des matériaux. Les mesures de dilatation lors de cycles thermiques ont mis en évidence les effets induits par l'ajout d'yttrine. La phase vitreuse joue un rôle important pendant la transformation de quadratique à monoclinique, en limitant l'endommagement microstructural des matériaux. Le THTZ dopé par l'ajout de 7% d'yttrine présente des propriétés très différentes des autres matériaux : il est plus rigide et ne subit plus la transformation martensitique. Des calculs par éléments finis tridimensionnels, réalisées à partir de volumes élémentaires de la microstructure réelle, ont permis d'estimer l'influence des propriétés des phases constituantes, de leur morphologie et des conditions aux limites sur la contrainte interne responsable de l'endommagement microstructural.

La tomodensitométrie intégrant une source de rayons X à faisceau divergent et un détecteur grand champ est une technique bien connue dans le domaine de la tomographie industrielle. La nature des matériaux et les épaisseurs traversées conduisent inévitablement à la génération de rayonnement diffusé. Ce dernier est généré par l’objet mais également par le détecteur. La présence de rayonnement parasite conduit à ne plus respecter l’hypothèse de la loi de Beer-Lambert. Par conséquent, on voit apparaitre sur les coupes tomographiques des artefacts de reconstruction comme des streaks, des effets ventouses ou des valeurs d’atténuation linéaire erronée. Par conséquence, on retrouve dans la littérature de nombreuses méthodes de correction du diffusé. Ce travail vise à mettre en point et tester une méthode originale de correction du diffusé. Le premier chapitre de cette étude, dresse un état de l’art de la plupart des méthodes de corrections existantes. Nous proposons, dans le deuxième chapitre, une évolution de la méthode de superposition des noyaux de convolution (Scatter Kernel Superposition). Notre méthode repose sur une description continue des noyaux en fonction de l’épaisseur traversée. Dans cette méthode, les noyaux de diffusion sont paramétrés analytiquement sur toute la plage d'épaisseur. Le procédé a été testé pour des objets à la fois mono-matériaux et poly-matériaux, ainsi que sur des données expérimentales et simulées. Nous montrons dans le troisième chapitre l’importance de la contribution du diffusé détecteur dans la qualité de l’image reconstruite. Mais également l’importance de décrire les noyaux de convolution à l'aide d'un modèle à quatre gaussienne. Les résultats obtenus à partir de données expérimentales prouvent que la correction du diffusé de l'objet seul ne suffit pas pour obtenir une image de reconstruite sans artefacts. Afin de disposer d’une meilleur modélisation du diffusé du détecteur, nous décrivons, dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la combinaison de données expérimentales et simulées permettant d’améliorer l’estimation des noyaux de diffusé<br>Advanced Cone Beam Computed Tomography (CBCT) typically uses a divergent conebeam source and a large area detector. As a result, there an inevitable increase in the size area of illumination causing an increase in the intensity of X-ray scatter signal, both from the object and the detector. This leads to the violation of prime assumption of reconstruction process which is based on straight line integrals path followed by the photons. Consequently scatter artifacts appear in the reconstruction images as steaks, cupping effect and thus produce wrong reconstruction values. Due to the severity of the reconstruction artifact caused by scatter, many scatter corrections methods have been adopted in literature. The first part of this study, reviews most of the existing scatter correction methods. The effect of scattering becomes more prominent and challenging in case of X-ray source of high energy which is used in industrial Non Destructive Testing (NDT), due to higher scatter to primary ratio (SPR). Therefore, in this study, we propose a continuously thickness-adapted deconvolution approach based on improvements in the Scatter Kernel Superposition (SKS) method. In this method, the scatter kernels are analytically parameterized over the whole thickness range of the object under study to better sample the amplitude and shape of kernels with respect to the thickness. The method is tested for both homogeneous and heterogeneous objects as well as simulated and experimental data. Another important aspect of this study is the comprehensive evaluation of contribution of the detector scatter performed using continuous method by separating the contribution of scatter due to the object and the detector. This is performed by modeling the scatter kernels using a four-Gaussian model. In the first approach, we performed this evaluation based on simulation of kernels from Monte Carlo simulations and the corrections are performed on typical industrial experimental data. The results obtained prove that the scatter correction only due to the object is not sufficient to obtain reconstruction image, free from artifacts, as the detector also scatters considerably. In order to prove this point experimentally and to have a better modeling of the detector, we describe a method based on combination of experiments and simulations to calculate the scatter kernels. The results obtained also prove, the contribution of the detector scattering becomes important and the PSF of the detector is not constant as considered in the studies so far, but it varies to a great extend with the energy spectrum

Quelle que soit sa technologie, un débitmètre n'est précis que s'il travaille dans les conditions de référence pour lesquelles il a été étalonné. Néanmoins, il est rare que sur un réseau industriel de telles conditions soient présentes, surtout dans un poste de livraison. Des erreurs non négligeables de comptage peuvent alors être faites. Puisqu'il est difficile de prédire la nature d'un écoulement au niveau d'un compteur simplement en connaissant la géométrie de l'installation, il a semblé intéressant de mettre au point un outil de diagnostic susceptible de fournir le maximum d'informations. La méthode retenue pour le prototype de cette étude, composé d'une manchette de mesure et d'une chaîne électronique d'acquisition, est la tomographie ultrasonore. La manchette s'adapte sur une conduite de 100 mm de diamètre et sa longueur est de 300 mm. Equipée de 8 capteurs ultrasonores fixés sur une section perpendiculaire à l'axe de la conduite et libre en rotation, elle a été conçue pour reconstruire les deux composantes transversales de l'écoulement. La chaîne d'acquisition permet alors de collecter un nombre suffisamement important de différences de temps de parcours, mesurées entre chaque paire de capteurs, pour remonter au profil de vitesse. Cette étape est réalisée par un algorithme itératif qui s'inspire d'une technique de reconstruction algébrique. Afin de valider le système développé, les profils obtenus avec des écoulements giratoires de différentes intensités ont été confrontés à des mesures faites par anémométrie fil chaud. La comparaison étant probante quantitativement, une autre série de mesures a permis de reconstruire les vortex de Dean présents à l'aval d'un coude de forte courbure.

La mise en forme par ice-templating est un procédé d'élaboration permettant via la congélation d'une suspension, d'obtenir des matériaux poreux à porosité contrôlée. L'analyse des mécanismes régissant la congélation de suspensions concentrées en particules et leurs conséquences sur les microstructures poreuses, est très peu développée dans la littérature du point de vue de l'influence de la composition de la suspension, en termes de nature et quantité d'additifs. Les objectifs de ces travaux de thèse sont d'observer et caractériser in situ et ex situ la formation des structures par ice-templating. Il s'agit également d'établir les liens entre la composition des suspensions, le procédé et la morphologie poreuse obtenue pour les structures congelées et frittées qui en découlent. L'évolution de l'avancée du front de congélation d'un panel de suspensions d'alumine aux propriétés caractérisées a été observée par radiographie X et la microstructure des échantillons congelés et frittés a été caractérisée par tomographie X ou par MEB. Nous avons ainsi pu caractériser les différentes étapes de la congélation par ice templating, les microstructures congelées associées, l'influence de la composition de la suspension ainsi que les mécanismes générateurs de défauts. La force ionique générée par la quantité de dispersant, la présence ou non de liant et la vitesse de refroidissement des suspensions sont trois paramètres ayant des conséquences critiques sur la microstructure et sur l'orientation ou la désorientation des cristaux. Nos résultats apportent un éclairage inédit sur les mécanismes de congélation des sols étudiés en géophysique et notamment la formation de glace lenticulaire.

<p>The location of a reflector or medium in the subsurface is correlated with the high wavenumbers or high frequencies in the velocity field. Indeed, the determination of the high frequencies of the velocity field both normally and laterally is the key step for improving seimic data and then get a better insight of the position of a reflector in the subsurface. This project focus on the velocity data processing part involved in seismic tomography. We describe, compare and implement several highpass operators based on finite-difference and the Hamming window in order to filter a seismic velocity dataset. In fact, we study their behaviour in the frequency domain by examining their spectrums. The main contribution of this project is to construct two dimensional anisotropic operators by rotating a one dimensional operator based on linear interpolation. We test all the operators on a synthetic seismic velocity dataset and compare the results obtained between the isotropic filtering method and the anisotropic filtering method. We show that anisotropic filters can be useful in certain geological circumstances. Finally we attempt to scale the different operators in order to fully incorporate them in the seismic tomography inversion problem by using a Bayesian method. We show that it is possible to decide the strength of the constraint in which we want to filter the seismic dataset by using a regularization parameter.</p>

Le séchage des matériaux cimentaires affecte directement leur durabilité, ce qui a un impact économique, sociétal et environnemental majeur.Les techniques expérimentales conventionnelles, qui sont utilisées pour étudier les processus de séchage, ne fournissent que des mesures moyennées ou ponctuelles qui ne sont pas suffisantes pour caractériser ces processus intrinsèquement hétérogènes. Cependant, les progrès significatifs dans les techniques de plein champ ont permis une observation sans précédent de ces processus locaux. Notamment, la tomographie par rayons X et neutrons se prête comme des outils très complémentaires pour l'étude du comportement THM des matériaux cimentaires. En effet, la grande sensibilité aux variations de densité de l'imagerie par rayons X donne accès aux évolutions des fractures, en 4D (3D + temps). D'autre part, la tomographie neutronique permet d'étudier l'évolution du champ d'humidité en 4D, grâce à sa haute sensibilité à l'hydrogène.Ce travail a tiré profit de ces deux techniques très complémentaires, qui, associées à des outils de modélisation numérique avancés, ont permis une nouvelle vision expérimentale/numérique pour étudier les processus physiques induits par le séchage dans les matériaux cimentaires.Dans ce travail, deux campagnes expérimentales ont été réalisées sur l'instrument NeXT situé à l'ILL. Dans la première campagne, la tomographie neutronique a été utilisée pour caractériser la distribution d'humidité d'un ensemble d'échantillons de mortier cylindrique qui ont été mis à sécher séquentiellement dans un environnement TH contrôlé (T = 20℃ et RH = 35%) pour représenter différents états hydriques. Les principales phases du mortier (granulats, pâte de ciment et vides) ont été séparées, et des profils de saturation ont été déduits et validés par rapport aux mesures de perte de poids. Dans la deuxième campagne expérimentale, plus de complexité a été ajoutée aux conditions de séchage expérimentales en chauffant des échantillons de béton et de pâte de ciment à une température modérée, ce qui a conduit à l'apparition de fissures dans l'échantillon ultérieur. L'analyse de l'ensemble de données neutrons/rayons X simultanément acquis a permis de quantifier les profils d'humidité 4D. Dans l'échantillon de pâte de ciment, les données de la tomographie rayons X ont capturé l'évolution d'un vaste réseau de fissuration ainsi que leurs ouvertures et leur propagation vers le cœur de l'échantillon. Ensuite, une nouvelle procédure d'analyse a été proposée qui a permis l'extraction de ces fractures et l'analyse de leur interaction avec le séchage local tel que capturé par imagerie neutronique.D'autre part, l'approche numérique employée dans cette étude a consisté à évaluer les implications des simplifications courantes sur la réponse de modélisation. Ces simplifications communes peuvent être divisées en trois grandes catégories qui concernent la prise en compte des modes de transport gazeux, les couplages TH et HM et la description morphologique du matériau. La quantification de ces effets de simplification concernant le modèle utilisé et le choix des lois de couplage TH a été réalisée en comparant les surfaces de réponse de la perte de masse dans un espace d'humidité relative et de température pour plusieurs configurations. Les résultats montrent des cartes d'erreur relative aux stades de séchage précoce, intermédiaire et tardif pour chaque cas comparé. D'autre part, la simplification concernant le couplage HM a été évaluée dans un cadre de simulation mésoscopique 2D. L'impact de la fissuration a ensuite été évalué à la fois localement sur les champs de saturation et sur la réponse globale de la perte de masse. Enfin, un schéma CT-EF a été proposé qui a consisté à extraire la morphologie du béton (agrégats et pores) des images rayons X/neutrons et de la présenter explicitement sur un maillage EF. Cela a permis de réaliser des simulations THM multiphasique 3D du béton à l'échelle mésoscopique<br>The drying of cement-based materials affects directly their durability, which has a major economic, societal, and environmental impact.The conventional experimental techniques such as gravimetric and sensor-based measurements, which are employed to study the drying-driven processes, provide only bulk-averaged or point-wise measurements which are not sufficient to characterize these processes. However, the significant advances in full-field techniques have allowed unprecedented insight into these local processes. Notably, for cement-based materials, x-ray and neutron tomography lend themselves as highly complementary tools for the study of their THM behavior. In fact, the high sensitivity to density variations of x-ray imaging gives access to the developments of fractures, in 4D (3D+time). On the other hand, neutron tomography allows the study of the evolution of the moisture field in 4D, thanks to its high hydrogen sensitivity.This Ph.D. takes advantage of these two highly complementary techniques, which, together with advanced numerical modeling tools, allowed for a novel experimental/numerical insight to study the drying-driven physical processes in cement-based materials.In this work, two experimental campaigns were performed at the NeXT instrument located at the ILL. In the first campaign, neutron tomography was employed to characterize the moisture distribution of a set of cylindrical mortar samples which were set to dry sequentially in a TH controlled environment (T = 20℃ et RH = 35%) to represent different hydric states. The main phases of the mortar (aggregates, cement paste, and voids were separated, and saturation profiles were deduced and validated against the weight loss measurements. In the second experimental campaign, more complexity was added to the experimental drying conditions by heating concrete and cement paste samples up to moderate temperature which has led to the appearance of cracks in the later sample. The analysis of the acquired simultaneous neutron/x-ray data-set (once aligned in time and across modalities) allowed for the quantification of the 4D moisture profiles which were found to predict an overall water loss at hydric equilibrium coherent with the corresponding analytical analysis. In the cement paste sample, the x-ray dataset captures the evolution of an extensive cracking network, opening, and propagation toward the core of the sample. Then, a novel analysis procedure was proposed which allowed the extraction of these fractures and the analysis of their interplay with local drying as captured through neutron imaging.On the other hand, the numerical approach employed in this study consisted of improving the numerical model predictive capacity by assessing the implications of common simplifications on the modeling response. These common simplifications can be divided in three main categories which regard the consideration of gaseous transport modes, the TH and HM couplings, and the morphological description of the material. Quantification of these simplifications effects regarding the used model and the choice of TH coupling laws was done by comparing mass loss response surfaces in relative humidity and temperature space for multiple configurations. The results show relative error maps at early, mid, and late drying stages for every compared case. On the other hand, the simplification regarding the HM coupling was evaluated in a 2D mesoscopic simulation framework where an artificial concrete mesostructure had to be generated for cracking localization purposes. The cracking impact was then assessed both locally on the saturation fields and on the global mass loss response. Finally, a CT-FE mapping scheme was proposed which consisted of extracting the mesoscale morphology of concrete (aggregates and pores) from x-ray/neutron attenuation fields and presenting it explicitly on a FE mesh. This has permitted to perform 3D multiphase THM simulation of concrete at the mesoscale

Parmi les nombreuses techniques de contrôle non destructif existantes, l'utilisation de rayonnements ionisants permet de sonder le cœur des objets. En réalisant plusieurs acquisitions de l'objet sous différents angles de vue, il est possible de remonter à la structure interne 3D de la pièce Ce travail de thèse aborde deux thématiques d'optimisation d'un contrôle tomographique pour la caractérisation de défauts dans les soudures métalliques. La première concerne l'optimisation de la phase d'acquisition. Du fait de sa mise en œuvre sur la chaîne de production, la durée totale de l'examen est limitée. Le nombre d'acquisitions est alors très faible. Cette contrainte conduit alors à deux stratégies d'acquisitions. Soit nous décidons d'acquérir peu d'acquisitions avec un bon rapport signal sur bruit, soit nous augmentons le nombre d'acquisitions mais au détriment du rapport signal sur bruit. La deuxième thématique concerne l'optimisation algorithmique de la reconstruction 3D à partir de peu de projections coniques. Dans une première partie, nous mettons en œuvre les algorithmes algébriques ART et ICM régularisé par un modèle d'Ising. Nous constatons qu'une augmentation du nombre de vues est préférable au détriment du rapport signal sur bruit. L'amélioration des reconstructions est assurée par la prise en compte d'a priori spécifiques tels que la contrainte de support ou un modèle physique de bruit. Dans une seconde partie, nous proposons une nouvelle approche de reconstruction surfacique basée région. En effet, du fait de la binarité des objets, la seule connaissance de l'enveloppe des défauts suffit à les caractériser. Sa mise en œuvre dans un formalisme de type ensembles de niveaux (ou level sets) permet une gestion aisée de la topologie des objets. Les résultats obtenus sur une version régularisée de l'algorithme a permis d'obtenir des résultats attrayants dans notre domaine d'application<br>Among numerous techniques for non-destructive evaluation (NDE), X-rays systems are well suited to inspect inner objects. Acquiring several radiographs of inspected objects under different points of view enables to recover a three dimensional structural information. A tomographic testing is considered in this NDE application. This work deals with two tomographic testing optimizations in order to improve the characterization of defects that may occur into metallic welds. The first one consists in the optimization of the acquisition strategy. Because tomographic testing is made on-line, the total duration for image acquisition is fixed, limiting the number of available views. Hence, for a given acquisition duration, it is possible either to acquire a very limited number of radiographs with a good signal to noise ratio in each single acquisition or a larger number of radiographs with a limited signal to noise ratio. The second optimization consists in optimizing the 3D reconstruction algorithms from a limited number of cane-beam projections. To manage the lack of data, one first uses algebraic reconstruction algorithms such as ART or regularized ICM. In terms of acquisition strategy optimization, a projections number increase seems to be valuable. Taking into account specific prior knowledge such as support constraint or physical noise model in attenuation images improves reconstruction. Then, a new regularized region based approach has been developed. Defects to reconstruct are binary (lack of material in a homogeneous abject). As a consequence, they are entirely described by their shapes. Because the number of defects to recover is unknown and is totally arbitrary, the level set formulation is used. This formulation handles topological changes. Results obtained with a regularized algorithm are optimistic in the proposed context

Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude expérimentale et à la modélisation des mécanismes du séchage de boues industrielles. Le partenaire industriel de cette thèse a proposé le procédé de séchage de boue in situ, qui vise le conditionnement de boues de co-précipitation issues du retraitement d’effluent radioactifs par séchage à l’intérieur d’un fût. Ce procédé permet d’éliminer l’eau de la boue par un traitement thermique sous vide. La finalité est d’obtenir une boue sèche et stable, avec la plus faible teneur en eau possible. L’objectif principal de ce travail est alors d’identifier les phénomènes qui se produisent au sein de la boue au cours du séchage, d’identifier les processus physiques et chimiques mis en jeu afin de modéliser le séchage. Les phénomènes présents peuvent se regrouper en phénomènes de transferts (chaleur et de matière) et en rétrécissement. De plus, lors du séchage les concentrations en sels solubles augmentent dû à l’évaporation. A l’atteinte des seuils de solubilités, des sels précipitent mettant en évidence le phénomène de cristallisation qui n’intervient qu’en fin du séchage de la boue. Ces phénomènes dépendent principalement des paramètres de transferts qui varient en fonction des conditions opératoires du séchage (température, pression et humidité relative), de la teneur en eau de la boue et du retrait. L’étude expérimentale de séchage comprend l’acquisition des caractéristiques intrinsèques de la boue en fonction de la teneur en eau, la température et la pression. Un modèle numérique qui simule le procédé de séchage de la boue à petite échelle est développé sous COMSOL-Multiphysics et prend en compte la géométrie déformable du matériau. Les mises en équations sont validées à partir des résultats expérimentaux. Un changement d’échelle est mis en œuvre avec la conception d’une maquette à l’échelle du laboratoire (1/23ème du fût industriel). Des expériences de séchage de boue réalisées à cette échelle sont dédiées à la validation du modèle. Une étude paramétrique et une étude de sensibilité sont également réalisées sur le modèle de séchage<br>This thesis work focuses on the experimental study and modeling of the mechanisms of industrial sludge drying. The industrial partner of this thesis has proposed the process of in situ sludge drying, which aims at conditioning co-precipitation sludge from the reprocessing of radioactive effluents by drying inside a drum. This process allows the removal of water from the sludge by heat treatment under vacuum. The aim is to obtain a dry and stable sludge with the lowest possible water content. The main objective of this work is then to identify the phenomena that occur within the sludge during drying, to identify the physical and chemical processes involved in order to model the drying process. The phenomena present can be grouped into transfer phenomena (heat and mass) and shrinkage. In addition, during drying the concentrations of soluble salts increase due to evaporation. When the solubility thresholds are reached, salts precipitate, highlighting the phenomenon of crystallization which only occurs at the end of the sludge drying process. These phenomena depend mainly on the transfer parameters which vary according to the operating conditions of the drying process (temperature, pressure and relative humidity), the water content of the sludge and the shrinkage. The experimental drying study includes the acquisition of the intrinsic characteristics of the sludge as a function of water content, temperature and pressure. A numerical model that simulates the sludge drying process on small scale is developed under COMSOL-Multiphysics and takes into account the deformable geometry of the material. The equations are validated on the basis of the experimental results. A change of scale is implemented with the design of a lab-scale device (1/23rd of the industrial drum). Sludge drying experiments carried out at this scale are dedicated to the validation of the model. Parametric and sensitivity studies are also carried out on the drying model

L’implication de la ségrégation induite par l’irradiation (SIR) dans la majorité des mécanismes de dégradation des composants du cœur des réacteurs nucléaires en aciers inoxydables austénitiques est avérée. Aux températures de fonctionnement des réacteurs actuels et possibles prototypes du futur, les éléments chimiques des pièces métalliques des structures internes se redistribuent de manière hétérogène en ségrégeant sur les défauts préexistants et nouvellement créés par l’irradiation. L’intensité des enrichissements ou des appauvrissements locaux dépendent, entre autres, de la nature de l'élément et du défaut concerné. Si les différents mécanismes de ségrégation sont aujourd’hui bien identifiés, leur cinétique et leur degré d’implication respectifs sont encore peu renseignés. En effet, les modèles théoriques actuels de la SIR souffrent d'un manque de données expérimentales. Ces deux aspects sont le moteur de cette étude. Dans un premier temps, les cinétiques d'interdiffusion après vieillissement thermique et sous irradiation ont été déterminées dans des alliages modèles du système Fe-Ni-Cr. L'effet de l'irradiation sur la diffusion a été étudié à 440°C. A cette température les coefficients de diffusion sont faibles et les méthodes classiques d'étude de la diffusion ne permettent pas d'y accéder dans un délai raisonnable. La mise en œuvre expérimentale de la méthode des multicouches à période nanométrique dans des alliages binaires et ternaires a montré, dans ce cas, des résultats encourageants. Toutefois, des divergences entre les résultats expérimentaux et les prévisions théoriques ont révélé la nécessité d'optimiser ces deux approches. Dans le cadre de cette étude, des recommandations ont été formulées pour tenir compte de l’impact de la microstructure et du choix des conditions de vieillissement sur les cinétiques effectives mesurées. Les expériences réalisées sur des alliages modèles offrent l’intérêt de pouvoir être directement confrontées à la simulation. Néanmoins, les aciers de l’industrie nucléaire contiennent une grande variété d'éléments d'alliage minoritaires et d'impuretés qui jouent un rôle clé sur le comportement des éléments impliqués dans la SIR. Ainsi, dans un second temps, une étude de la SIR sur différents défauts intragranulaires d'un acier inoxydable austénitique optimisé, un 316L(N) a été réalisée. Pour cela, des techniques couplées et corrélées à l'échelle nanométrique (Sonde Atomique Tomgraphique et Miscroscopie Electronique en Transmission) ont été mises en place. La complémentarité des techniques a rendu possible l'association des enrichissements locaux observés à la cristallographie des défauts concernés. Des tendances singulières de SIR ont été observées selon l'élément et la nature du défaut impliqués. Une teneur plus élevée en azote et en niobium dans la composition nominale de l'acier a entrainé la précipitation de phase Z primaire. La stabilité de cette phase sous irradiation dans les aciers inoxydables austénitiques a pour la première fois pu être étudiée<br>Radiation induced segregation (RIS) is a process identified to be involved in most of the degradation mechanisms of austenitic stainless steels core components of nuclear reactors. During irradiation within the operating temperature range of present and possible prototypes of future reactors, chemical elements of reactor internal metallic components redistribute heterogeneously and segregate on the pre-existent and newly created defects. Local enrichments or depletions levels depend, inter alia, on the element and nature of the defect affected. While mechanisms involved in RIS have already been identified, their kinetics and mutual weigh are still poorly known. Indeed, current theorical models of RIS suffer from a lack of experimental data. These two aspects motivated this study. First, by the determination of interdiffusion kinetics after thermal ageing and under irradiation on model alloys in the Fe-Ni-Cr system. Irradiation effect on diffusion have been studied at 440°C. At this temperature, conventional methods to study diffusion fail to give access to such slow kinetics under reasonable time. Experimental implementation of the nanolayers method on binary and ternary alloys gave, in this case, encouraging results. However, discrepancies between experiments and predictions revealed the need of optimizations on both sides. In the framework of this study, recommendations have been established to account for the effect of the microstructure and the selected ageing conditions on measured effective kinetics. Experiments on model alloys have the great interest to be directly confronted to simulation. Nevertheless, nuclear steels contain a large variety of minor alloying elements and impurities which have shown to play a key role on RIS behaviour. Thus, in a second part, RIS study on various bulk defects of an optimized nuclear austenitic stainless steel, a 316L(N) has been performed. Consequently, nanoscale coupled and correlated techniques (Atom Probe Tomography and Transmission Eelectron Microscopy) have been implemented. Techniques complementarity offered the possibility to associate enrichments to defect crystallography and revealed singular tendencies of RIS depending on the element and the defect involved. Furthermore, a higher nitrogen and niobium content in the steel nominal composition formed primary Z-phase, its stability under irradiation had also been for the first time studied in austenitic stainless steels

Les procédés de fabrication additive permettent, à partir d’un fichier de CAO, la fabrication de pièces complexes sans outillage, dans des délais de développement très courts et avec une grande flexibilité. Parmi les procédés de fabrication additive employés avec les polymères, le frittage laser de poudre est le plus utilisé. Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude et la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués lors du procédé de frittage laser de poudres de polyamide 12. Au cours du procédé de frittage laser de nombreux paramètres interviennent. Ainsi l’énergie fournie à la poudre par l’intermédiaire du rayon laser dépend de la puissance de celui-ci, de la vitesse de balayage et de l’espacement entre deux balayages successifs. De plus, le matériau subit un cycle thermique sévère : avant d’être frittée, la poudre est préchauffée. Puis, dans le bac de fabrication, la poudre non frittée ainsi que les pièces séjournent pendant toute la durée de la fabrication à des températures élevées. Cette histoire thermique entraîne un vieillissement et donc une modification des propriétés de la poudre ce qui complique sa réutilisation. L’influence de ces différents paramètres sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces finales a été mise en évidence. De plus l’utilisation de différentes poudres de polyamide 12 a permis l’identification des paramètres-clés de la matière.Le frittage laser des polymères semi-cristallins est régi par plusieurs mécanismes fondamentaux : la fusion des particules de poudre, l’interdiffusion des chaînes macromoléculaires aux interfaces, la coalescence des particules fondues, la densification et enfin la cristallisation. L’étude et la modélisation de la cristallisation ont été effectuées pour l’un des polyamides 12 employés au cours de cette thèse. De ce traitement théorique ont pu être déduits les temps de maintien du polymère à l’état fondu au cours du procédé. Dans une seconde phase, des analyses rhéologiques menées dans le cadre de la viscoélasticité linéaires des polymères à l’état fondu ont permis de déduire les temps d’interdiffusion des chaînes macromoléculaires. Par ailleurs, le processus de coalescence des particules de poudres à l’état fondu a été suivi expérimentalement et modélisé pour différentes températures. Ces temps ont été confrontés à la durée de maintien du polymère à l’état fondu, confirmant ainsi la bonne consolidation obtenue lors du frittage du polyamide 12. En conclusion, ce travail contribue à la compréhension des différents mécanismes physico-chimiques intervenant au cours du frittage laser : il permet d’expliciter de façon assez approfondie les relations entre les propriétés des poudres, les paramètres du procédé et les propriétés finales des pièces. De nombreuses préconisations relatives à l’optimisation des propriétés des poudres pourront être déduites de ce travail et aideront au développement de nouveaux matériaux adaptés à ce procédé<br>Additive processing technologies are aimed at manufacturing parts directly from a computer-aided design (CAD) file, without the need for tooling. Therefore flexibility of production increases and manufacturing of small to mid-size series of very complex or even customized parts becomes possible within reduced development time and expenses. Because of the good mechanical properties obtained in the parts, the most commonly used among additive technologies for polymers is laser sintering (LS). The objective of this work is to contribute to a better understanding of the different physical mechanisms involved during laser sintering of polyamide 12 powders. Many operating variables impact the laser sintering process. Especially, the energy supplied to the powder with the laser beam depends on its power, its displacement velocity and the scan spacing. Moreover, the polymer material undergoes a quite severe thermal treatment : before its sintering, the powder is preheated, then in the build tank the sintered parts and the un-sintered surrounding powder remain until the end of the job at elevated temperatures. This thermal history induces ageing, which modifies some powder features and hinders its future reuse. The influence of the parameters mentioned above on the part microstructure and mechanical properties was investigated. Moreover the use of different polyamide 12 powders enabled to identify the key material characteristics towards the physical processes involved in LS and towards the final properties of parts. The laser sintering of semi-crystalline polymers is governed by several fundamental mechanisms: melting of particles, interdiffusion of macromolecular chains at interfaces, coalescence of molten particles, then densification and finally crystallisation. The study and modelling of crystallisation were carried out with one of the PA12 powders used in the first part of this work. From this modelling, the time during which the polymer remains in the molten state during the process was estimated. Next, a rheological analysis made within the framework of linear viscoelasticity of polymer melts allowed to compute the interdiffusion time of the macromolecular chains. Moreover, the coalescence process of molten particles was observed at different temperatures and modeled. The characteristic times thus estimated for these physical processes were opposed to the time during which the polymer remains in the molten state and confirmed the good consolidation obtained by laser sintering of polyamide 12. In conclusion this work contributes to understand the different physico-chemical mechanisms involved during polymer laser sintering by specifying the relations between powder parameters, process variables and final properties of parts. Many recommendations for the optimisation of powder properties can be derived from this work for the purpose of developing new polymeric materials adapted to this process

La tomodensitométrie intégrant une source de rayons X à faisceau divergent et un détecteur grand champ est une technique bien connue dans le domaine de la tomographie industrielle. La nature des matériaux et les épaisseurs traversées conduisent inévitablement à la génération de rayonnement diffusé. Ce dernier est généré par l’objet mais également par le détecteur. La présence de rayonnement parasite conduit à ne plus respecter l’hypothèse de la loi de Beer-Lambert. Par conséquent, on voit apparaitre sur les coupes tomographiques des artefacts de reconstruction comme des streaks, des effets ventouses ou des valeurs d’atténuation linéaire erronée. Par conséquence, on retrouve dans la littérature de nombreuses méthodes de correction du diffusé. Ce travail vise à mettre en point et tester une méthode originale de correction du diffusé. Le premier chapitre de cette étude, dresse un état de l’art de la plupart des méthodes de corrections existantes. Nous proposons, dans le deuxième chapitre, une évolution de la méthode de superposition des noyaux de convolution (Scatter Kernel Superposition). Notre méthode repose sur une description continue des noyaux en fonction de l’épaisseur traversée. Dans cette méthode, les noyaux de diffusion sont paramétrés analytiquement sur toute la plage d'épaisseur. Le procédé a été testé pour des objets à la fois mono-matériaux et poly-matériaux, ainsi que sur des données expérimentales et simulées. Nous montrons dans le troisième chapitre l’importance de la contribution du diffusé détecteur dans la qualité de l’image reconstruite. Mais également l’importance de décrire les noyaux de convolution à l'aide d'un modèle à quatre gaussienne. Les résultats obtenus à partir de données expérimentales prouvent que la correction du diffusé de l'objet seul ne suffit pas pour obtenir une image de reconstruite sans artefacts. Afin de disposer d’une meilleur modélisation du diffusé du détecteur, nous décrivons, dans le dernier chapitre, une méthode basée sur la combinaison de données expérimentales et simulées permettant d’améliorer l’estimation des noyaux de diffusé<br>Advanced Cone Beam Computed Tomography (CBCT) typically uses a divergent conebeam source and a large area detector. As a result, there an inevitable increase in the size area of illumination causing an increase in the intensity of X-ray scatter signal, both from the object and the detector. This leads to the violation of prime assumption of reconstruction process which is based on straight line integrals path followed by the photons. Consequently scatter artifacts appear in the reconstruction images as steaks, cupping effect and thus produce wrong reconstruction values. Due to the severity of the reconstruction artifact caused by scatter, many scatter corrections methods have been adopted in literature. The first part of this study, reviews most of the existing scatter correction methods. The effect of scattering becomes more prominent and challenging in case of X-ray source of high energy which is used in industrial Non Destructive Testing (NDT), due to higher scatter to primary ratio (SPR). Therefore, in this study, we propose a continuously thickness-adapted deconvolution approach based on improvements in the Scatter Kernel Superposition (SKS) method. In this method, the scatter kernels are analytically parameterized over the whole thickness range of the object under study to better sample the amplitude and shape of kernels with respect to the thickness. The method is tested for both homogeneous and heterogeneous objects as well as simulated and experimental data. Another important aspect of this study is the comprehensive evaluation of contribution of the detector scatter performed using continuous method by separating the contribution of scatter due to the object and the detector. This is performed by modeling the scatter kernels using a four-Gaussian model. In the first approach, we performed this evaluation based on simulation of kernels from Monte Carlo simulations and the corrections are performed on typical industrial experimental data. The results obtained prove that the scatter correction only due to the object is not sufficient to obtain reconstruction image, free from artifacts, as the detector also scatters considerably. In order to prove this point experimentally and to have a better modeling of the detector, we describe a method based on combination of experiments and simulations to calculate the scatter kernels. The results obtained also prove, the contribution of the detector scattering becomes important and the PSF of the detector is not constant as considered in the studies so far, but it varies to a great extend with the energy spectrum