Modélisation de l'écoulement d'air et des effets thermiques lors de l'utilisation d'un appareil de protection respiratoire

Topilko, Barthélemy (2024). Modélisation de l'écoulement d'air et des effets thermiques lors de l'utilisation d'un appareil de protection respiratoire. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 123 p.

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Résumé

« Les techniques d'imagerie infrarouge sont employées dans les essais non-destructifs pour détecter les défauts en analysant les variations de température à la surface des matériaux. Lorsqu'un Appareil de Protection Respiratoire est porté, la respiration humaine entraîne des changements de température à la surface du visage. Le projet global s'appuie sur cette technologie pour détecter les fuites, en combinaison avec un compteur de particules pour évaluer l'ajustement de l'Appareil de Protection Respiratoire. Cette étude se concentre sur la modélisation et la simulation de plusieurs scénarios physiques à l'aide de modèles multiphysiques. Ce mémoire est structuré autour d'un article principal et de plusieurs parties complémentaires. Le chapitre 1 est en corrélation avec l'article et présente deux modèles multiphysiques basés sur des configurations expérimentales. Après avoir exposé la construction des géométries et les hypothèses nécessaires à la modélisation, les résultats sont analysés. Il est démontré que l'introduction d'humidité dans l'air n'a pas d'influence sur l'étude et son absence dans les analyses ultérieures est justifiée. En outre, les variations de température autour d'une fuite sont directement liées à sa taille. Il est confirmé que le débit d'air à la bouche équivaut à la somme des débits d'air au masque et aux fuites. Une comparaison des variations de température sur différentes zones est ensuite menée pour deux modèles présentant des formes et des matériaux différents. Le chapitre 2 décrit des étapes de modélisation et des précisions supplémentaires. La définition de deux autres modèles est détaillée. Plusieurs hypothèses ainsi que le paramétrage des fuites et des cycles respiratoires sont précisés. Ces étapes préliminaires permettent dans le chapitre 3 de détailler diverses analyses complémentaires. Les vérifications préliminaires avant l'exploitation des résultats et les phases d'optimisation du maillage sont détaillées. Des scénarios étudiés sur les modèles définis au chapitre 1 sont comparés aux résultats expérimentaux. Ces comparaisons se basant sur l'analyse des zones affectées thermiquement et sur les différences de températures aux fuites fournissent des résultats discutables, plusieurs sont comparables et d'autres sont trop éloignés. Les données de simulation ainsi obtenues serviront dans la suite à enrichir la base nécessaire à l'entraînement de l'algorithme d'intelligence artificielle. -- Mot(s) clé(s) en français : Santé et Sécurité au Travail, Protection Respiratoire, Modélisation & Simulation, Thermique, Mécanique des fluides, Analyse de l'étanchéité, Milieux poreux. »--
« Infrared imaging techniques are used in non-destructive testing to detect defects by analyzing temperature variations on the surface of materials. When a Filtering Facepiece Respirator is worn, human breathing causes temperature changes on the surface of the face. The overall project relies on this technology to detect leaks, in combination with a particle counter to assess the fit of the Filtering Facepiece Respirator. This study focuses on the modeling and simulation of several physical scenarios using multiphysics models. This dissertation is structured around a main article and several complementary sections. Chapter 1 correlates with the article and presents two multiphysics models based on experimental configurations. After outlining the construction of the geometries and the assumptions required for modeling, the results are analyzed. It is shown that the introduction of humidity into the air has no influence on the study, and its absence in subsequent analyses is justified. In addition, temperature variations around a leak are directly related to its size. It is confirmed that the airflow at the mouth is equivalent to the sum of the air flowing at the mask and at the leaks. A comparison of temperature variations over different zones is then carried out for two models with different shapes and materials. Chapter 2 describes further modeling steps and details. The definition of two other models is detailed. Several assumptions are made, as well as the parameterization of leakage and breathing cycles. These preliminary steps are followed in Chapter 3 by further analyses. Preliminary checks before using the results and mesh optimization phases are detailed. Scenarios based on the models defined in Chapter 1 are compared with experimental results. These comparisons, based on the analysis of heat-affected zones and temperature differences at leakage points, provide debatable results, many are comparable, while others are too far apart. The simulation data thus obtained will later be used to enrich the database needed to train the artificial intelligence algorithm. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Occupational Health & Safety, Respiratory Protection, Modeling & Simulation, Thermal Engineering, Fluid Mechanics, Leak Analysis, Porous Media. »--

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Brousseau, Jean
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Maldague, Xavier et Bahloul, Ali
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences appliquées (M.Sc.A)
Mots-clés :	Respirateurs ; Masques de protection respiratoire N95 ; Masques médicaux ; Air - Écoulement - Modèles mathématiques ; Mécanique des fluides ; Sécurité du travail ; Thermique - Modèles mathématiques.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Date de dépôt :	28 janv. 2025 16:27
Dernière modification :	28 janv. 2025 16:27
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3166