Doctorat
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Item Features extraction and selection fori ndustrial systems condition monitoring(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Sahraoui, Mohammed Amine; Rahmoune, Chemseddine(Directeur de thèse)This thesis presents the development of advanced feature extraction and selection techniques for condition monitoring and fault diagnosis in industrial systems, with a particular focus on rotating machinery and oil & gas infrastructures. The primary contribution lies in proposing a novel wrapper-based feature selection criterion that jointly optimizes overall classification accuracy, class-specific accuracy, and model stability. Two real-world experimental applications were considered to validate the proposed methodology. The first involved a benchmark database of vibration and current signals acquired from bearing fault scenarios in synchronous motors, where an Adaptive Time-Varying Morphological Filtering (ATVMF) technique was applied for advanced signal pre-processing and feature extraction. The second application involved a comprehensive 3W dataset comprising temporal measurements collected via industrial sensors from oil and gas wells, where data normalization between 0 and 1 was implemented to enhance data consistency prior to analysis. In both cases, feature selection was performed using hybrid metaheuristic optimization algorithms combined with machine learning classifiers such as Random Forest. The experimental results demonstrated that integrating ATVMF with the proposed selection criterion notably improves fault detection and classification performance in multi-class and variable-condition scenarios. Furthermore, the framework ensures robustness and computational efficiency, making it suitable for real-time industrial monitoring systemsItem Static and dynamic analysis of the mechanical behavior of complex hybrid structures(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Guenfoud, loubna; Chikh, Noureddine(Directeur de thèse)The work presented in this thesis focuses on analyzing the mechanical behavior and vibrations of hybrid structures. The objective is to propose sandwich structures with aluminum skins and different core configurations: magnetorheological elastomer (MRE) and honeycomb, offering adjustable stiffness and damping capabilities through the application of a magnetic field. These materials are known as smart materials. A bibliographic review is presented, including a detailed overview of the literature on the evolution of materials science, from early human discoveries to the latest advancements in smart materials, as well as innovative concepts for adaptive hybrid structures as intelligent systems. The study conducted consists of two parts: The first part is a comparative study of the mechanical behaviour under static 3-point bending of four sandwich beams with four core configurations: magnetorheological elastomer (MRE), honeycomb, MRE/honeycomb and MRE/honeycomb/MRE. The specimens were fabricated in the motor dynamics and vibroacoustics laboratory. The analysis includes a numerical simulation using ABAQUS software with finite element method modelling. The numerical results are validated by experimental tests. The results obtained show that the developed hybrid beams present better performance in terms of stiffness and damping due to the adjustment of the magneto-mechanical properties of the MRE materials integrated in the core. The second part concerns experimental modal analysis. Performing a modal analysis test generally requires measuring the vibrational response of the structure as well as the excitation force at different points, thereby enabling the calculation of the Frequency Response Function (FRF). The excitation is applied using an impact hammer, and the response is recorded with an accelerometer. Consequently, the identified modal parameters are: resonance frequencies, damping, and mode shapes. These tests are conducted for the sandwich beams with the proposed core configurations and under different boundary conditions. A numerical simulation of the modal analysis was performed using ABAQUS software through finite element modelling on the same types of specimens. The numerical and experimental results are compared and discussed. This study explores the advantages of MRE materials as smart materials, where dynamic mechanical properties can be controlled by an applied magnetic field, opening up prospects for designing innovative solutions for more resilient and reliable structures in applications requiring both high strength and effective vibration controlItem Electrical systems faults diagnosis based on thermography and machine learning techniques(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Mahami, Amine; Benazzouz, Djamel(Directeur de thèse)The goal of using AI-driven conditional monitoring in electrical devices is to monitor and trace the beginning and development of deterioration prior to a failure. This degradation eventually results in a system malfunction that impacts the availability of the whole system. Early identification allows for a planned shutdown, averting catastrophic failure and guaranteeing more cost-effective and dependable operation. This study is divided into two major parts: the first part deals with the identification and categorization of faults in induction motors, and the second part deals with the detection and classification of faults in transformers. In machine health management, condition monitoring and problem diagnostics of electrical machines are important study areas. Using infrared thermography method (IRT), a new noncontact and nonintrusive experimental framework is used in the first portion of this thesis to monitor and diagnose defects in a three-phase induction motor. Using IRT to obtain a thermograph of the target machine is the first step in the process. The Speeded-Up Robust Features (SURF) detector and descriptor are then used to extract fault features from the IRT images using the bag-of-visual-word (BoVW) technique. Then, a group learning method known as Extremely Randomized Tree (ERT) is applied to automatically detect different types of induction motor defect patterns. Based on experimental IRT images, the efficacy of the suggested method is evaluated, showcasing its potential as a potent diagnostic tool with superior classification accuracy and stability over alternative approaches. The second part of the thesis presents an experimental framework that uses infrared thermography (IRT) to monitor and diagnose transformer defects in a non-intrusive and non-contact manner. Using IRT to obtain a thermograph of the intended machine is the first step in the process. GIST features are then taken from the database's reference image and every other image. Finally, a machine learning technique known as Support Vector Machine (SVM) is used to automatically identify different fault patterns in the transformer. Based on experimental IRT images and diagnostic results, the efficacy and capacity of the proposed method are assessed, demonstrating its potential as a potent diagnostic tool with high classification accuracy and stability. This method improves operational reliability by facilitating the early identification and detection of transformer failuresItem Contrôle des structures tourbillonnaires au sein de fluides immiscibles soumis à des rotations différentielles(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Brahma, Kenza; Mansouri, Kacem(Directeur de thèse)L'écoulement hélicoïdal de deux couches superposées de fluides Newtoniens immiscibles, engendré par la rotation individuellement indépendante des parois d'une cavité cylindrique verticale avec/sans moyeu central, est étudié numériquement au moyen d'une approche hybride combinant les méthodes VOF et LS du code ANSYS-FLUENT. L'étude explore d'abord un modèle d'interface gaz-liquide considérée plane dans un bioréacteur soumis à la rotation du disque inférieur. La simulation indique qu'à des taux de rotation modérés, le noyau hélicoïdal éclate sur l'axe et donne naissance à un vortex de type bulle qui évolue et migre vers la surface sous forme de vortex toroïdal en augmentant la vitesse de rotation. Les résultats montrent que la rotation ou chauffage différentiels des parois constituent des moyens non intrusifs efficaces de control de l'évolution des structures tourbillonnaires. En outre, l'utilisation de nano-fluides, même à faible concentration de nano-particules, s'avère aussi une approche pour la suppression des vortex et la prévention de la stagnation. L'investigation est étendue au cas du modèle liquide-liquide immiscibles, en considérant l'écoulement d'une configuration huile-glycérine sous effet de la rotation du disque supérieur en contact de la phase la plus visqueuse (l'huile). La simulation révèle, à partir d'un seuil critique du taux de rotation, l'apparition d'un vortex axial proche du disque tournant distinct et associé à une élévation significative de l'interface ; laquelle est constituée de recirculations fines et intenses. L'étude montre que ces structures et cette topologie sont très sensibles aux effets combinés du taux de rotation et de la fraction volumique des fluides. En particulier, il ressort qu'une diminution du volume de la phase huileuse favorise et accentue l'élévation de l'interface et provoque l'expansion de la bulle jusqu'à son détachement de l'axe pour former un vortex toroïdal. Ce dernier éventuellement impacte et coalesce avec l'interface fortement concave avant de disparaitre. Par ailleurs, l'étude révèle que la co-rotation (contre-rotation) différentielle de la paroi latérale favorise (élimine) efficacement les structures secondaires-En outre, la simulation montre qu'un swirl additionnel induit par la rotation d'un moyeu central engendre l'apparition de vortex de Taylor dans la phase la moins visqueuse (glycérine) attribués à une instabilité centrifuge en accord qualitatif avec les observations expérimentalesItem Caractérisation expérimentale des élastomères magnétorhéologiques anisotropes(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Bendjeddou, Walid; Aguib, Salah(Directeur de thèse)Ce travail s'inscrit dans l'étude des élastomères magnétorhéologiques anisotropes, des matériaux intelligents dont les propriétés mécaniques évoluent sous l'effet d'un champ magnétique. Une première phase de recherche bibliographique a permis d'explorer les différentes catégories de matériaux composites jusqu'aux MREs anisotropes, mettant en lumière leur structure et leurs mécanismes d'interaction avec les champs externes. Ensuite, un modèle mathématique a été développé pour exprimer le comportement sous l'effet de plusieurs paramètres, en donnant importance à l'intensité du champ magnétique et de l'orientation des chaînes de particules. Une étude expérimentale a ensuite été menée pour analyser le comportement de ces matériaux sous diverses sollicitations, notamment en fonction du taux de charge et de la fréquence d'excitation. Une caractérisation hors axe a permis d'approfondir l'effet de l'anisotropie en faisant varier l'intensité du champ magnétique et l'angle d'orientation des particules. Enfin, une validation du modèle a été effectuée par comparaison avec les résultats expérimentaux, permettant d'extraire les paramètres du modèle et d'évaluer sa capacité à décrire précisément le comportement des MREs anisotropesItem Analyse du comportement mécanique des structures en matériaux complexes avec dépendance fréquence température(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Zerrouni, Nassim; Grine, Ali(Directeur de thèse)Les élastomères magnéto-rhéologiques (MRE), aussi appelés " Matériaux complexes " ou "Matériaux intelligents", sont des matériaux composites caoutchoutiques contenant des particules ferromagnétiques. Leurs propriétés mécaniques peuvent être modifiées par l'application d'un champ magnétique. Cette étude se concentre sur la caractérisation expérimentale du comportement mécanique des EMR sous l'influence de la température, de la fréquence d'excitation et du champ magnétique. Des échantillons anisotropes d'EMR ont été préparés à partir de l'élastomère RTV141 chargé à 25% de particules ferromagnétiques. Les résultats expérimentaux révèlent une dépendance significative des modules d'élasticité et de perte en fonction de ces paramètres. De plus, une étude numérique et expérimentale a été menée sur une poutre sandwich à support simple, composée de faces en aluminium et d'un cœur en EMR, soumise à un chargement magnéto-mécanique en flexion. Les résultats montrent que l'intensité du champ magnétique influence de manière significative la flèche de la poutre. Ces recherches ouvrent des perspectives prometteuses pour l'utilisation des EMR dans des applications d'isolation vibratoire adaptativesItem Identification et caractérisation des défauts dans les structures métalliques et composites(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Brihmat, Chahira; Lecheb, Samir(Directeur de thèse)De nombreux composants industriels sont soumis à des essais non destructifs pour détecter d'éventuels défauts ou fissures pendant leur utilisation. Cependant, les méthodes courantes telles que les ultrasons, le courant de Foucault ou les rayons X sont coûteuses et n'offrent pas une localisation précise des défauts. Certaines techniques mesurent les réponses statiques, stationnaires ou transitoires ainsi que les fréquences propres, ce qui, lorsqu'exploité numériquement, pourrait permettre une identification plus précise des défauts. Cette problématique relève des problèmes inverses d'identification, particulièrement complexes dans la simulation numérique des structures mécaniques, suscitant des activités de recherche importantes, notamment dans le domaine des éléments de frontière. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif de développer une méthode robuste pour détecter et caractériser des fissures linéaires dans des plaques structurales. Par la suite, nous étendrons cette méthode ou on a fait une hypothèse que la fissure d'une forme elliptique est située dans des plans horizontal et après incliné. En utilisant la combinaison de la méthode des éléments finis (FEM) avec le logiciel Abaqus et l'algorithme d'évolution différentielle adaptative basée sur l'historique des succès (SHADE), nous avons visé à minimiser l'écart entre les fréquences expérimentales et numériques des plaques fissurées. Cette approche a permis d'identifier des paramètres clés tels que la longueur, l'orientation et l'emplacement des fissures. Deux méthodes de validation ont été utilisées en démontrant l'efficacité de notre méthode pour la détection précoce et précise des fissures, renforçant la fiabilité des structures. Dans une phase suivante, nous avons étudié les ondes de Lamb dans des pipelines fissurés par le biais de simulations numériques. Les variations dans les signaux ont été exploitées pour identifier les caractéristiques des fissures, incluant leur profondeur, leur longueur, leur forme et leur orientation. La période de réception des réponses a été analysée en fonction de l'angle d'orientation de la fissure. Cette approche complète permet une compréhension approfondie des défauts structurels, contribuant ainsi à la maintenance et à la durabilité des composants mécaniques. Les résultats obtenus et les performances remarquables en termes de temps de calcul font du couplage entre SHADE et FEM une méthode complémentaire adaptée pour résoudre les problèmes d'identification de fissuresItem Etude théorique des propriétés structurales, mécaniques et thermiques des alliages heusler(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Kadri, Salim; Tourab, Mohamed(Directeur de thèse)Les composés de la famille des demi-Heusler (Half-Heusler) sont très connus dans le monde de la physique des matériaux et des semi-conducteurs. Cette famille de matériaux a des propriétés mécaniques, thermiques et thermoélectriques adaptables aux domaines électriques et microélectroniques. De nos jours, cette famille de composés constitue encore une cible privilégiée à travers leurs propriétés obtenues, soit par une élaboration concrète, soit par la simulation ab-initio. La démarche entreprise dans ce travail est de choisir un nouveau composé, similaire au polysilicium, de le traiter par simulation numérique et de prédire les performances de l'actionneur électrothermique de ce nouveau matériau avant son élaboration. A cet effet, nous avons choisi les composés demi-Heusler, sur lesquels nous avons mené une étude ab-initio en appliquant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) afin de déterminer les propriétés élastiques. Pour la résolution de cette théorie (DFT), la méthode FP-LAPW (ondes planes augmentées) sous code Wien2k a été appliquée avec utilisation de l'approximation GGA-WC (gradient généralisé). Profitant de la puissance des deux codes de calculs Gibbs et Boltztrap, la résolution des équations quasi-harmonique de Debye et de Boltzmann nous ont conduit à déterminer quelques propriétés thermiques et de transports. Par la suite, l'exploitation de ces propriétés dans un modèle de simulation multiphysique sous Ansys a permis de prédire et d'observer l'état de l'actionneur avec les propriétés physiques du nouveau composéItem Approches expérimentale et numérique couplées basées sur l'analyse par la méthode des éléments finis (MEF) et les réseaux neuronaux artificiels (RNA) pour l'évolution de l'endommagement dans les matériaux composites stratifies(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Zara, Abdeldjebar; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Dans nos travaux de thèse, nous présentons une approche innovante qui repose sur l'exploitation des fréquences naturelles pour la détection et la localisation des dommages, dans le cadre de la surveillance de l'état des structures en matériaux composites stratifiés en GFRP, que nous avons fabriqués selon la technique de moulage au contact. Pour ce faire, nous avons développé et mis en œuvre une approche numérique couplée. Dans un premier temps, une analyse numérique par éléments finis a été réalisée sous l'environnement ABAQUS, afin de simuler le comportement vibratoire des poutres GFRP, qu'elles soient endommagées et non endommagées. L'objectif était de générer les données d'entraînement nécessaires à l'alimentation d'un réseau de neurones artificiels (ANN). Ensuite, nous avons appliqué une technique hybride E-JAYA-ANN pour prédire la longueur des fissures, en utilisant diverses données d'entrée. Cette méthode a permis d'évaluer la précision du modèle proposé, en la comparant avec d'autres approches telles que les couplages JAYA-ANN, WOA-ANN et AOA-ANN, permettant ainsi de mettre en évidence les performances de notre approche. L'utilisation des réseaux neuronaux artificiels (ANN) en combinaison avec des techniques d'optimisation méta-heuristique vise à améliorer la précision des résultats obtenus. Ce processus repose sur une modification des poids et des biais des connexions neuronales, effectuée par rétropropagation (BP). Cette optimisation permet d'ajuster ces paramètres afin de minimiser la fonction d'erreur en fonction des valeurs d'entrée et des résultats souhaités. Ainsi, cette approche représente une avancée significative pour la surveillance et la prédiction de l'état des structures dans des applications d'ingénierie. Dans une deuxième étape, nous avons mis en place une approche couplée impliquant une analyse numérique par éléments finis (MEF) réalisée sous l'environnement ABAQUS, afin d'évaluer l'influence des paramètres géométriques, tels que la variation du nombre de couches et de leurs orientations, sur les propriétés mécaniques des composites stratifiés en CFRP. Le modèle MEF utilise le critère de dommage de Hashin pour simuler le comportement des composites sous flexion. Par la suite, la technique d'optimisation hybride E-JAYA-ANN a été appliquée pour prédire ces propriétés lors des tests de flexion. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux fournis par la technique hybride JAYA-ANN, permettant ainsi une meilleure compréhension de l'influence de la géométrie sur l'optimisation de l'architecture des composites stratifiés à fibres unidirectionnelles, dans la phase d'élaboration des matériaux composites considérésItem Modélisation et simulation multi-echelles des ecoulements multiphasiques en milieux poreux fracturés(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Djebouri, Hassane; Mohammedi, Kamal(Directeur de thèse)Le déplacement d'un fluide par un second fluide non miscible est un processus qui présente un intérêt fondamental en raison de leurs implications dans de nombreuses applications technologiques, en particulier dans l'industrie pétrolière. Dans cette étude numérique, nous nous sommes intéressés au problème d'instabilité de l'interface eau-huile dans un milieu poreux. Cette instabilité affecte négativement le taux de production car elle est la cause principale d'un mauvais balayage. Pour remédier à ce problème, des techniques appelées EOR (Enhance Oil Recovery) ont été développées et utilisées. Cependant, ces méthodes présentent des inconvénients d'ordre technique, économique et environnemental. Par conséquent, nous avons exploré l'effet de l'hétérogénéité du milieu poreux et de la présence de fracture sur le comportement de l'interface et sur le degré de l'instabilité dans un modèle Five-spot. Les résultats obtenus montrent que les régions à fortes perméabilités favorisent le développement et la croissance des doigts visqueux. En revanche une faible perméabilité ralentit le déplacement et favorise la fusion des doigts. Le comportement linéaire du nombre de doigts en fonction du temps a été également observé. Ces résultats peuvent conduire à l'amélioration de la performance globale du processus de récupération du pétrole et une utilisation contrôlée des techniques EOR