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Détermination de la longueur de diffusion des porteurs de charges minoritaires dans le silicium cristallin par intéraction lumière matière
No full textEnviron 90% de l\u27électricité photovoltaïque est produite à partir de cellules en silicium mono et multicristallin. La connaissance de la longueur de diffusion (ou la durée de vie) des porteurs minoritaires dans le silicium utilisé dans la fabrication des cellules solaire est nécessaire afin d\u27adapter et d\u27optimiser les procédés de fabrication. L\u27objectif de ce travail concernait la mesure de la longueur de diffusion et de la durée de vie des porteurs minoritaires dans les matériaux Si épitaxiés et/ou minces et de qualité solaire. En combinant des modèles analytiques et des simulations numériques, la longueur de diffusion est déterminée dans un premier temps dans des échantillons massifs et minces de différentes qualités électriques par la méthode de balayage d\u27un spot en utilisant la technique LBIC. L\u27analyse du rendement quantique interne dans les cellules solaires fabriquées est aussi utilisée à titre comparatif. Nous avons ensuite vérifié expérimentalement et par simulation la possibilité de déterminer la longueur de diffusion (et la durée de vie) à partir des mesures de l\u27intensité intégrée de photoluminescence, mesurée à la température ambiante, en fonction de l\u27intensité d\u27excitation
Nouveaux concepts pour la réalisation de cellules photovoltaïques à contacts interdigites sur substrats minces en silicium cristallin
No full textL\u27énergie photovoltaïque (PV) est une énergie renouvelable très prometteuse qui permet une transformation directe de la lumière du soleil en électricité. Cependant le coût de fabrication des cellules PV reste onéreux. Pour la rendre plus compétitive, l\u27une des solutions consiste à réduire la quantité de silicium nécessaire à leur fabrication. Dans cette perspective, cette thèse est centrée sur l\u27amélioration des cellules PV à contacts arrière interdigites sur substrats en silicium cristallin minces. A travers ce manuscrit sont présentées différentes techniques de fabrication et de caractérisation qui, suite à de nombreux tests, ont permis de mieux comprendre le fonctionnement des cellules à jonction arrière. L\u27ensemble de ces recherches a entraîné l\u27amélioration de la puissance fournie par ces cellules jusqu\u27à atteindre des rendements de plus de 17.5% tout en développant des procèdes de fabrication moins onéreux. Le dernier chapitre est consacre à l\u27étude et à l\u27amélioration des cellules industrielles EWT. Cette structure présente un fort potentiel économique car sa fabrication ne nécessite pas de substrats de silicium onéreux (si multicristallin)
Initiation, propagation, arrêt et redémarrage de fissures sous impact
No full textLes risques liés à la propagation de fissures sous impact sont encore très difficiles à estimer. La détermination de critères de rupture dynamique uniquement à partir de résultats expérimentaux reste délicate. Ainsi la validation de lois de propagation sous impact passe par le développement d\u27outils numériques. Si de tels outils numériques permettent maintenant de représenter l\u27avancée dynamique d\u27une fissure, des comparaisons expérimentales sont nécessaires pour s\u27assurer que les lois introduites sont physiquement fondées. Notre objectif est donc de développer conjointement des techniques expérimentales fiables et un outil de simulation numérique robuste pour l\u27étude de ces phénomènes hautement transitoires. Des expériences de rupture dynamique ont donc été réalisées durant lesquelles des arrêts et redémarrages de fissures se produisent. Le matériau testé étant transparent, la position de la fissure a été acquise de la fissure a été acquise grâce à des caméras rapides mais aussi en utilisant un extensomètre optique d\u27optique d\u27obtenir une localisation très précise de la pointe en continu. Afin d\u27étudier le même dans des matériaux opaques, des techniques de corrélation d\u27images numériques de corrélation d\u27images numériques ont été employées. De nouveaux algorithmes ont été développés afin de traiter les images issues d\u27une caméras issues d\u27une caméra ultra-rapide (jusqu\u27à 4000 000 images par seconde). Plusieurs géométries et différents cas de propagation dynamique : initiation en mode I ou en mode mixte, propagation, arrêt, redémarrage, interaction entre deux fissures, influence d\u27un trou sur le trajet, branchement dynamique. Ces expériences ont ensuite été reproduites numériquement afin de valider les algorithmes et les critères de rupture choisis
Modélisation dynamique du trafic et du bruit au niveau des carrefours giratoires
No full textAfin d\u27améliorer l\u27estimation dynamique des phénomènes de trafic en milieu urbain ainsi que des nuisances sonores associées, il est nécessaire de représenter correctement les interactions véhiculaires se produisant à l\u27intérieur des carrefours. Cette thèse se concentre sur la modélisation du phénomène d\u27insertion d\u27un flux non prioritaire dans un flux principal et son extension au cas des carrefours giratoires à une voie sur l\u27anneau et sur les branches d\u27entrée. Des études expérimentales ont révélé que les comportements des véhicules au niveau d\u27une zone d\u27insertion différaient selon l\u27état du trafic en aval. Aux vues des limites des modèles existants pour reproduire les différents phénomènes observés, deux nouveaux modèles d\u27insertion, l\u27un macroscopique et l\u27autre microscopique, vont être proposés. Ils sont ensuite complétés pour former des outils de simulation dynamique macroscopique et microscopique au niveau des carrefours giratoires à une voie sur l\u27anneau. Une validation expérimentale des résultats a été menée à l\u27aide de données collectées sur différents sites. Puis, les modèles développés ont été intégrés à une plateforme d\u27estimation dynamique du bruit couplant un outil de simulation du trafic au niveau d\u27un réseau urbain complet à des lois d\u27émission sonore. Les résultats acoustiques obtenus ont été comparés à des niveaux sonores mesurés à proximité d\u27un giratoire. Des études ont également permis d\u27évaluer la pertinence de la plateforme dynamique par rapport aux modèles de prévision sonore existants pour estimer les niveaux de bruit aux abords de différents types d\u27intersections
Visualization of the flow in a screw/barrel system. Real-time monitoring of polymer/clay mixing
No full textL\u27addition de nanocharges aux polymères fondus en améliore les propriétés, si elles sont parfaitement désagglomérées, dispersée et distribuée dans la matrice. Les charges lamellaires et leur nanocomposites attirent depuis quelque temps une attention croissante, tant de la part du monde académique que de l\u27industrie, imposant ainsi des critères d\u27homogénéité du mélange polymère/charges plus stricts et multi-échelle. La morphologie des nanocomposites à base de charges lamellaires est difficile à caractériser et presque autant difficile à décrire, à cause des problèmes de dispersion et/ou distribution. Une nouvelle méthode pour le suivi en ligne des évolutions morphologiques des mélanges polymère/argile lors du procédé de mise en uvre pourrait contribuer de façon significative au développement et à la commercialisation de cette catégorie de nanocomposites. L\u27objectif de ce travail est de poser les bases pour le développement d\u27une méthode de caractérisation morphologique qui puisse permettre de mettre en évidence et comprendre les mécanismes de dispersion/distribution de charges dans un milieu visqueux (polymère thermoplastique fondu ou résine thermodurcissable non réticulée) en écoulement dans un système à géométrie complexe (zone de pompage des ensemble vis/fourreau pour l\u27extrusion et l\u27injection). Nous avons repris une maquette froide (Visiovis), assemblée auparavant dans le laboratoire du Site de Plasturgie INSA à Oyonnax, présentant l\u27avantage considérable d\u27être constituée d\u27un fourreau entièrement transparent, et nous l\u27avons adaptée à la visualisation du mélange d\u27un polymère modèle (PDMS) avec des argiles commerciales photo-fonctionnalisées pour échange cationique avec un fluorophore
Harvesting energy from temperature variation
No full textDans le cadre de la récupération d\u27énergie pour les micro-générateurs (dispositifs sans fil et autoalimentés), ce travail explore les possibilités de récupérer de l\u27énergie pyroélectrique à l\u27aide de matériaux ferroélectriques. La source d\u27énergie est une variation temporelle de température. Dans un premier temps, la récupération d\u27énergie avec un matériau pyroélectrique linéaire (film PVDF) a été étudiée en utilisant la technique non linéaire du Synchronized Switch Harvesting on Inductor (SSHI). Cette technique a été développée originellement dans le cas de la récupération d\u27énergie piézoélectrique, et permet un gain considérable de l\u27efficacité de la récupération. Cette technique a été appliquée au cas pyroélectrique, et comparée avec une technique standard. Le rendement énergétique de ces 2 techniques a été comparé au cycle idéal de Carnot. La technique du SSHI avec des matériaux pyroélectriques est en pratique simple, mais la puissance récupérée et le rendement par rapport à Carnot sont faibles. Afin d\u27augmenter la conversion d\u27énergie, il a été étudié l\u27intérêt des transitions de phase ferroélectriques, au voisinage desquelles l\u27activité pyroélectrique et électrocalorique est maximale. Dans ce but, les transitions de phase du monocristal relaxeur Pb(Zn1/3Nb2/3)0.955Ti0.045O3 ont été utilisées en association avec le cycle thermodynamique d\u27Ericsson. Le rendement du cycle d\u27Ericsson utilisant la transition ferroelectrique-ferroelectrique (FE-FE) est beaucoup plus important que pour les techniques utilisant les propriétés linéaires des matériaux pyroélectriques. Il permet en effet d\u27augmenter d\u27un facteur 100 le rendement relatif à Carnot par rapport aux essais avec le film de PVDF associé à la technique SSHI. Enfin, pour une variation de température de 10 C, la puissance récupérée avec le cycle d\u27Ericsson associé à une transition de phase est 3 fois plus élevée que la puissance qu\u27on peut atteindre avec un dispositif de récupération thermoélectrique
STEM-HAADF nanotomography: application to nanomaterials
No full textLa tomographie électronique est une technique utilisée pour caractériser en 3D la structure et la chimie des matériaux, avec une résolution nanométrique dans le cas d\u27un microscope électronique par transmission. Le mode d\u27imagerie choisi est le champ sombre annulaire à grand angle, car il est adapté à la tomographie quantitative à la fois pour les échantillons cristallins et non-cristallins. De plus, le contraste en champ sombre annulaire dépend de la nature chimique des éléments observés, et la simulation des images permet d\u27extraire des informations chimiques, comme la densité volumique ou le numéro atomique des espèces chimiques présentes. L\u27objectif de cette thèse est triple: (i) dans un premier temps, adapter le microscope électronique par transmission (MET) à émission de champ du CLYM (Centre Lyonnais de Microscopie) à la tomographie par rotation, (ii) ensuite, appliquer cette approche à l\u27étude de nanostructures hétérogènes ainsi que de nanomatériaux, (iii) finalement, explorer des méthodes 3D alternatives, comme la stéréoscopie, qui nécessite l\u27acquisition d\u27un nombre plus faible d\u27images qu\u27en tomographie électronique. Le travail expérimental a consisté à adapter l\u27embout du porte objet du MET, afin d\u27atteindre une plage de tilt au delà de 160 : une expérience de tomographie nécessite l\u27acquisition d\u27une centaine d\u27images sur différentes inclinaisons. Un logiciel a été développé pour contrôler semi-automatiquement le microscope et les conditions d\u27utilisation du détecteur, notamment la correction du focus dans les images durant la phase d\u27acquisition. Différents matériaux ont été étudiés: des nanoprécipités de carbure de vanadium (VC), des nanoparticules de catalyseurs (Pd), des nanocomposites de type "Au@SiOx" et un alliage présentant une nano-précipitation (AlZnMg)
Réticulation d\u27un système thermodurcissable au sein d\u27une matrice élastomère : application en gainage de câble
No full textLes matériaux de gainage de câbles sont, pour la plupart, des élastomères contenant des charges inorganiques. Avec des niveaux de chargement souvent supérieurs à 50% en masse, les outils de mise en uvre sont utilisés au maximum de leur performance et l\u27allongement à la rupture des matériaux est fortement altérées. L\u27objectif de cette thèse a donc été de développer une nouvelle voie de renforcement d\u27élastomère par l\u27incorporation d\u27un système thermodurcissable. Notre choix s\u27est porté sur un élastomère EVA comme matrice et sur une résine novolaque réticulé à l\u27aide d\u27hexaméthylènetétramine ou de diépoxyde comme thermodurcissables. Bien que ces mélanges présentent une miscibilité assez faible, nous avons démontré la possibilité d\u27obtenir des nodules de TD de tailles submicroniques au sein de la matrice EVA en menant la réticulation du TD sous cisaillement. Nous avons montré par ailleurs, que pour des proportions massiques de TD inférieures à 30%, les comportements viscoélastique et mécanique des mélanges sont régis essentiellement par la matrice élastomère. En revanche, au-delà de 30%, les interactions entre les nodules de TD deviennent prépondérantes et leur percolation entraîne la chute des propriétés d\u27allongement de l\u27élastomère. La mise en uvre de ces mélanges, peut être menée en extrudeuse bi-vis car les thermodurcissables sont très réactifs et la présence de l\u27EVA ne perturbe pas leur réactivité. Enfin, concernant la réaction au feu, les mélanges s\u27avèrent être des systèmes intumescents présentant une synergie avec les hydroxydes métalliques et la montmorillonite. Parallèlement à ce travail, une modélisation du comportement rhéocinétique des mélanges a été menée
Informations de volume en microscopie électronique à balayage : application à l\u27étude de la microstructure des matériaux et de son évolution sous traction
No full textCe travail porte sur le développement des techniques de caractérisation en microscopie électronique à balayage à pression contrôlée. Il s\u27agit d\u27une part de mettre au point la tomographie électronique, en utilisant le mode d\u27imagerie STEM-in-SEM, à l\u27échelle mésoscopique (non ou mal couverte par les techniques existantes de tomographie). Ce développement devra permettre une caractérisation tridimensionnelle d\u27un volume plus important que proposé par la tomographie électronique en TEM. D\u27autre part, les réaliser des essais de traction in situ afin d\u27examiner les matériaux à différentes étapes de vie : l\u27état initial de la structure, le comportement dynamique sous sollicitation et son état après l\u27endommagement. Grâce à la présence de gaz au sein de la chambre du microscope, il est possible d\u27étudier le comportement mécanique des matériaux non conducteurs. En outre, des informations de volume peuvent être obtenues en appliquant la méthodologie développée pour la tomographie électronique
Thermique des contacts avec troisième corps solide. Modélisation et compréhension des phénomènes de frottement et de diffusion de la chaleur par la méthode des éléments discrets
No full textEn tribologie, l\u27étude thermique des contacts frottants fait face à d\u27importantes difficultés que ce soit par les approches expérimentales ou les modélisations prédictives. Si dans le premier cas l\u27impossibilité d\u27une instrumentation fine in situ limite l\u27échelle d\u27étude du contact, les modèles analytiques ou numériques se fondent quant à eux sur des hypothèses réductrices en termes de génération et diffusion de la chaleur. Ils ne permettent ni de prédire les résultats observés expérimentalement ni de les comprendre ou les valider. Le coefficient de frottement (à l\u27origine de la génération de la chaleur) ainsi que les coefficients de partage (à l\u27origine de sa diffusion) utilisés dans ces modèles, masquent de manière trop forte l\u27ensemble des phénomènes-clefs qui peuvent décrire plus exactement la thermique locale du contact. Ces paramètres d\u27échelle globale sont employés car il est possible de les quantifier expérimentalement même si l\u27on ne comprend pas la physique qu\u27ils cachent à l\u27échelle locale. Afin de surmonter ce problème, nous avons développé un modèle par éléments discrets qui prend localement en compte à la fois les phénomènes de génération et de diffusion de la chaleur, sans toutefois introduire en tant que paramètre d\u27entrée des coefficients de frottement ou de partage qui doivent être considérés avec précaution. L\u27étude des propriétés locales des premiers et troisième corps met en avant toute la complexité des phénomènes thermiques qui ont lieu durant le frottement. Il est aussi souligné toute l\u27importance du troisième corps étudié ici à l\u27échelle locale. Ce modèle permet d\u27expliquer de manière plus concise certains résultats obtenus de manière expérimentale (sauts de températures macroscopiques) tout en clarifiant les concepts de frottement et de partage de la chaleur non plus à partir de lois globales mais en fonction d\u27une analyse énergétique locale