Caractérisation des propriétés mécaniques de la pâte de carbone à 150°C dans le but d’optimiser la mise en forme des anodes utilisées dans les cuves Hall-Héroult

Les anodes de carbone sont des éléments consommables servant d’électrode dans la réaction électrochimique d’une cuve Hall-Héroult. Ces dernières sont produites massivement via une chaine de production dont la mise en forme est une des étapes critiques puisqu’elle définit une partie de leur qualité. Le procédé de mise en forme actuel n’est pas pleinement optimisé. Des gradients de densité importants à l’intérieur des anodes diminuent leur performance dans les cuves d’électrolyse. Encore aujourd’hui, les anodes de carbone sont produites avec comme seuls critères de qualité leur densité globale et leurs propriétés mécaniques finales. La manufacture d’anodes est optimisée de façon empirique directement sur la chaine de production. Cependant, la qualité d’une anode se résume en une conductivité électrique uniforme afin de minimiser les concentrations de courant qui ont plusieurs effets néfastes sur leur performance et sur les coûts de production d’aluminium. Cette thèse est basée sur l’hypothèse que la conductivité électrique de l’anode n’est influencée que par sa densité considérant une composition chimique uniforme. L’objectif est de caractériser les paramètres d’un modèle afin de nourrir une loi constitutive qui permettra de modéliser la mise en forme des blocs anodiques. L’utilisation de la modélisation numérique permet d’analyser le comportement de la pâte lors de sa mise en forme. Ainsi, il devient possible de prédire les gradients de densité à l’intérieur des anodes et d’optimiser les paramètres de mise en forme pour en améliorer leur qualité. Le modèle sélectionné est basé sur les propriétés mécaniques et tribologiques réelles de la pâte. La thèse débute avec une étude comportementale qui a pour objectif d’améliorer la compréhension des comportements constitutifs de la pâte observés lors d’essais de pressage préliminaires. Cette étude est basée sur des essais de pressage de pâte de carbone chaude produite dans un moule rigide et sur des essais de pressage d’agrégats secs à l’intérieur du même moule instrumenté d’un piézoélectrique permettant d’enregistrer les émissions acoustiques. Cette analyse a précédé la caractérisation des propriétés de la pâte afin de mieux interpréter son comportement mécanique étant donné la nature complexe de ce matériau carboné dont les propriétés mécaniques sont évolutives en fonction de la masse volumique. Un premier montage expérimental a été spécifiquement développé afin de caractériser le module de Young et le coefficient de Poisson de la pâte. Ce même montage a également servi dans la caractérisation de la viscosité (comportement temporel) de la pâte. Il n’existe aucun essai adapté pour caractériser ces propriétés pour ce type de matériau chauffé à 150°C. Un moule à paroi déformable instrumenté de jauges de déformation a été utilisé pour réaliser les essais. Un second montage a été développé pour caractériser les coefficients de friction statique et cinétique de la pâte aussi chauffée à 150°C. Le modèle a été exploité afin de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte par identification inverse et pour simuler la mise en forme d’anodes de laboratoire. Les propriétés mécaniques de la pâte obtenues par la caractérisation expérimentale ont été comparées à celles obtenues par la méthode d’identification inverse. Les cartographies tirées des simulations ont également été comparées aux cartographies des anodes pressées en laboratoire. La tomodensitométrie a été utilisée pour produire ces dernières cartographies de densité. Les résultats des simulations confirment qu’il y a un potentiel majeur à l’utilisation de la modélisation numérique comme outil d’optimisation du procédé de mise en forme de la pâte de carbone. La modélisation numérique permet d’évaluer l’influence de chacun des paramètres de mise en forme sans interrompre la production et/ou d’implanter des changements coûteux dans la ligne de production. Cet outil permet donc d’explorer des avenues telles la modulation des paramètres fréquentiels, la modification de la distribution initiale de la pâte dans le moule, la possibilité de mouler l’anode inversée (upside down), etc. afin d’optimiser le processus de mise en forme et d’augmenter la qualité des anodes.

A simple method for estimating growth parameters from multiple length-frequency data in presence of continuous recruitment

The extended recruitment season for short-lived species such as prawns biases the estimation of growth parameters from length-frequency data when conventional methods are used. We propose a simple method for overcoming this bias given a time series of length-frequency data. The difficulties arising from extended recruitment are eliminated by predicting the growth of the succeeding samples and the length increments of the recruits in previous samples. This method requires that some maximum size at recruitment can be specified. The advantages of this multiple length-frequency method are: it is simple to use; it requires only three parameters; no specific distributions need to be assumed; and the actual seasonal recruitment pattern does not have to be specified. We illustrate the new method with length-frequency data on the tiger prawn Penaeus esculentus from the north-western Gulf of Carpentaria, Australia.

Effect of individual variability on estimation of population parameters from length-frequency data

We consider estimation of mortality rates and growth parameters from length-frequency data of a fish stock when there is individual variability in the von Bertalanffy growth parameter L-infinity and investigate the possible bias in the estimates when the individual variability is ignored. Three methods are examined: (i) the regression method based on the Beverton and Holt's (1956, Rapp. P.V. Reun. Cons. Int. Explor. Mer, 140: 67-83) equation; (ii) the moment method of Powell (1979, Rapp. PV. Reun. Int. Explor. Mer, 175: 167-169); and (iii) a generalization of Powell's method that estimates the individual variability to be incorporated into the estimation. It is found that the biases in the estimates from the existing methods are, in general, substantial, even when individual variability in growth is small and recruitment is uniform, and the generalized method performs better in terms of bias but is subject to a larger variation. There is a need to develop robust and flexible methods to deal with individual variability in the analysis of length-frequency data.

Evaluating mortality using length-frequency data when growth parameters are poorly known

A method is presented through which the total mortality undergone by several fish stocks of the same species can be compared when growth parameters are poorly known or unknown. Whereas the estimate of Z obtained via the length-converted catch curve is highly sensitive to the input parameters K and L sub( infinity ), the ratio of Z estimates obtained for different stocks with the same combination of parameters is almost independent of these inputs, at least when the fit of the linear regression is good. The method is tested on simulated data and an application is presented using real data from the Lesser Antilles. It provides the possibility of qualitatively comparing several stocks in situations of scarce biological knowledge.

Influence of growth parameters of frequency-radio plasma nitrogen source on extending emission wavelengths from 1.31 mu m to 1.55 mu m GaInNAs/GaAs quantum wells grown by molecular-beam epitaxy

High (42.5%) indium content GaInNAs/GaAs quantum wells with room temperature emission wavelength from 1.3 mu m to 1.5 mu m range were successfully grown by Radio Frequency Plasma Nitrogen source assisted Molecular Beam Epitaxy. The growth parameters of plasma power and N-2 How rate were optimized systematically to improve the material quality. Photoluminescence and transmission electron microscopy measurements showed that the optical and crystal quality of the 1.54 mu m GaInNAs/GaAs QWs was kept as comparable as that in 1.31 mu m.

Space and phase resolved plasma parameters in an industrial dual-frequency capacitively coupled radio-frequency discharge

The dynamics of high energetic electrons (>= 11.7 eV) in a modified industrial confined dual-frequency capacitively coupled RF discharge (Exelan, Lam Research Inc.), operated at 1.937 MHz and 27.118 MHz, is investigated by means of phase resolved optical emission spectroscopy. Operating in a He-O-2. plasma with small rare gas admixtures the emission is measured, with one-dimensional spatial resolution along the discharge axis. Both the low and high frequency RF cycle are resolved. The diagnostic is based on time dependent measurements of the population densities of specifically chosen excited rare gas states. A time dependent model, based on rate equations, describes the dynamics of the population densities of these levels. Based on this model and the comparison of the excitation of various rare gas states, with different excitation thresholds, time and space resolved electron temperature, propagation velocity and qualitative electron density as well as electron energy distribution functions are determined. This information leads to a better understanding of the dual-frequency sheath dynamics and shows, that separate control of ion energy and electron density is limited.

TEMPORALLY AND SPATIALLY-RESOLVED PLASMA PARAMETERS AND EEDF MEASUREMENTS IN A LOW-FREQUENCY DISCHARGE

A time-resolved Langmuir probe technique is used to measure the dependence of the electron density, electron temperature, plasma potential and electron energy distribution function (EEDF) on the phase of the driving voltage in a RF driven parallel plate discharge. The measurements were made in a low-frequency (100-500 kHz), symmetrically driven, radio frequency discharge operating in H-2, D-2 and Ar at gas pressures of a few hundred millitorr. The EEDFs could not be represented by a single Maxwellian distribution and resembled the time averaged EEDFs reported in 13.56 MHz discharges. The measured parameters showed structure in their spatial and temporal dependence, generally consistent with a simple oscillating sheath model. Electron temperatures of less than 0.1 eV were measured during the phase of the RF cycle when both electrodes are negative with respect to the plasma.

Fitting the frequency-dependent parameters in the Bergeron line model

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Comparison of frequency and time domain electromyography parameters in women with patellofemoral pain

Despite its high incidence, patellofemoral pain etiology remains unclear. No prior study has compared surface electromyography frequency domain parameters and surface electromyography time domain variables, which have been used as a classic analysis of patellofemoral pain. Thirty one women with patellofemoral pain and twenty eight pain-free women were recruited. Each participant was asked to descend a seven step staircase and data from five successful trials were collected. During the task, the vastus medialis and vastus lateralis muscle activities were monitored by surface electromyography. The data were processed and analyzed in four variables of the frequency domain (median frequency, low, medium and high frequency bands) and three time domain variables (Automatic, Cross-correlation and Visual Onset between the vastus medialis and vastus lateralis muscles). Reliability, Receiver Operating Characteristic curves and regression models were performed. The medium frequency band was the most reliable variable and different between the groups for both muscles, also demonstrated the best values of sensitivity and sensibility, 72% and 69% for the vastus medialis and 68% and 62% for the vastus lateralis, respectively. The frequency variables predicted the pain of individuals with patellofemoral pain, 26% for the vastus medialis and 20% for the vastus lateralis, being better than the time variables, which achieved only 7%. The frequency domain parameters presented greater reliability, diagnostic accuracy and capacity to predict pain than the time domain variables during stair descent and might be a useful tool to diagnose individuals with patellofemoral pain.