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Etude de mélanges ternaires époxyde/PMMA/montmorillonite. Élaboration, contrôle de la morphologie et des propriétés
No full textDes nanocomposites ternaires composés de PMMA/époxyde/argile ont été mis en uvre en combinant le phénomène de la séparation de phase du thermoplastique Poly (méthyle méthacrylate) en présence de largile Cloisite 30B dans une matrice thermodure époxyde-amine. Deux méthodologies ont été utilisées pour disperser largile: le procédé par mélange miscible et le procédé sonde à ultrasons en milieu solvanté. Les analyses par microscopie électronique à transmission (TEM) mettent en évidence la séparation de phase entre le PMMA et la matrice thermodure en révélant une morphologie nodulaire pour les deux méthodologies. Les particules dargile ont été dispersées finement dans la matrice lorsque la sonde à ultrasons est utilisée, tandis que des agrégats dargile avec des tailles micrométriques sont obtenus avec la méthodologie mélange miscible. Le suivi dexfoliation a été étudié en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sur les systèmes polymérisés et en cours de réaction. Pour les systèmes polymérisés une exfoliation des feuillets peut avoir lieu lorsque les agrégats ou même les agglomérats sont réduits sous la forme de petites particules composées de trois ou cinq feuillets. Pour les études in-situ de SAXS la distribution dépaisseurs des entités diffusantes et lévolution de cette distribution avec le temps de réaction ont été modélisées et quantifiées. Leffet de laddition du thermoplastique et de largile sur les transformations structurales du réseau a été analysé par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Il semble que laddition du PMMA retarde la formation de la séparation de phase dû à leffet de dilution des espèces réactives, tandis que la présence de largile accélère la réaction à cause de leffet catalytique. La réactivité des différents systèmes a été étudiée et un modèle cinétique a été développé pour le système ternaire, à laide de létude préalable des systèmes binaires. Les propriétés mécaniques des différents composites ont été évaluées et discutées à laide des faciès des fracture obtenus par microscopie électronique à balayage. Il a été montré que la meilleure dispersion de particules dargile ne conduit pas à la meilleure résistance à la propagation des fissures
Caractérisation et modélisation tridimensionnelles de la propagation de fissures de fatigue dans des alliages d\u27aluminium modèles
No full textUne approche utilisée la propagation des fissures de fatigue dans les alliages métalliques consiste à établir des lois de propagation c\u27est-à-dire, à corréler la vitesse de propagation de la fissure à l\u27amplitude de la variation du facteur d\u27intensité des contraintes (DK). Compte tenu de la difficulté expérimentale qu\u27implique la caractérisation des fissures en volume, ces lois sont le plus souvent établies à partir d\u27observations de surface. Nous proposons d\u27adopter une démarche différente qui consiste à prendre en compte l\u27aspect 3D de la propagation. Dans ce but, nous avons utilisé la micrographie X par rayonnement synchrotron pour visualiser in situ la forme 3D des fissures à différents stades de leur propagation dans deux alliages d\u27aluminium modèles. La méthode des Eléments Finis Etendus nous a permis de calculer les valeurs des facteurs K sans faire d\u27hypothèse de forme mais en prenant en compte la forme 3D réelle des fissures extraites des images tomographiques. Cette approche a été appliquée au cas des fissures microstructurellement courtes dont la forme très irrégulière a été corrélée à la forme 3D des joints de grains révélés par la technique du mouillage au Gallium. Pour ces fissures, la connaissance des valeurs de réelles de K n\u27est pas suffisante pour prédire l\u27évolution de leur forme en volume, montrant ainsi les limites d\u27une approche géométrique / élastique. Les fissures microstructurellement longues, dont la forme en volume est très régulière, se caractérisent par une forte anisotrope de propagation sont en bon accord avec les données expérimentales
Etude des propriétés et de l\u27intégration de barrières auto-positionnées sur cuivre formées par des procédés de siliciuration et de dépôts auto-catalytiques dans les interconnexions des circuits intégrés microélectroniques des générations 45 nm
No full textLes barrières diélectriques contribuent à la dégradation des performances de propagation du signal et de fiabilité qui s\u27accentue avec la réduction des dimensions des interconnexions. Afin de supprimer la contribution de ces barrières au couplage capacitif latéral et d\u27améliorer l\u27adhésion à l\u27interface supérieure du cuivre, qui limite actuellement la durée de vie des interconnexions, il est possible de les remplacer par des barrières auto-positionnées. Dans cette étude, nous évaluons les procédés CuSiN, qui consistent à incorporer du silicium et de l\u27azote dans le cuivre pour former du CuSiN, et les procédés CoWP/B, qui sont fondés sur la croissance auto-catalytique d\u27un alliage de CoWP/B sur cuivre. Nous montrons que contrairement au matériau CuSiN, le matériau CoWP/B étudié n\u27est ni une barrière contre la diffusion du cuivre, ni résistant contre l\u27oxydation. De ce fait, seul le CuSiN peut être intégré comme barrière auto-positionnée. Alors que les procédés CuSiN sont compatibles avec les matériaux et les procédés d\u27intégration utilisés, la gravure et le nettoyage post-gravure sont des freins à l\u27intégration du CoWP/B. Nous avons toutefois réussi à intégrer et à préserver l\u27intégrité du CoWP/B sans dégrader les performances électriques des interconnexions. Pour une génération 65 nm, l\u27introduction du CuSiN améliore la durée de vie des interconnexions d\u27un facteur 10 et celle du CoWP/B l\u27améliore d\u27un facteur 70. L\u27introduction du CuSiN dès la génération 45nm satisferait rapidement le critère de fiabilité. Le CoWP/B, qui permet de résister à de plus fortes densités de courant, pourrait satisfaire les critères de fiabilité des générations technologiques les plus avancées
Loi physique de comportement des polymères amorphes et intégration dans un code éléments finis
No full textLes polymères amorphes manifestent un comportement viscoélasto-viscoplastique non linéaire qui dépend fortement de la température et de la vitesse de déformation. Ce comportement est décrit au moyen du modèle des défauts quasi ponctuels présentant un fort contenu physique. En effet, ce modèle distingue les parts élastique, viscoélastique et viscoplastique de la déformation telles quelles peuvent être mises en évidence expérimentalement. Lexpression des lois cinétiques relatives au développement des déformations non élastiques repose sur des concepts de mobilité moléculaire. Le modèle rend compte de manière cohérente de la réponse du matériau, en petites et grandes déformations, à des sollicitations mécaniques sur une large plage de vitesse de déformation et de température. Conçue sur la base de ce modèle de mobilité moléculaire, une loi de comportement a été établie sous forme tensorielle et implémentée dans le code de calcul de structures ABAQUS au moyen dune routine utilisateur umat. Un jeu de paramètres matériaux a été déterminé pour le polycarbonate Bisphénol A Lexan. Des essais de traction, de compression et de torsion ont été réalisés et simulés au moyen de loutil développé. La validation a porté, dun point de vue global, sur la confrontation des réponses calculée et mesurée de la structure en termes de courbes force-déplacement. A un niveau local, elle a consisté à vérifier laptitude de la simulation à rendre compte dhétérogénéités de déformation associées à des concentrations de contrainte et au développement dune déformation en tonneau dun plot de compression en présence de frottement au contact. La simulation a également montré laptitude du modèle éléments finis à décrire la propagation de la striction au cours dun essai de traction
Étude d\u27un modèle de représentation symbolique multi-résolution d\u27une image à base de graphes
No full textDans cette thèse, nous étudions un modèle de représentation symbolique et multi-résolution d\u27une image. Nous distinguons les informations concernant la structure de l\u27image, c\u27est à dire les différents blocs qui la composent, des informations concernant son contenu, c\u27est à dire ce que représentent ces blocs. Nous nous intéressons d\u27abord tout particulièrement à la représentation de la structure. En imposant certaines contraintes sur la nature des blocs considérés, nous pouvons dégager quelques propriétés simples pour caractériser complètement la topologie d\u27une image. Il est alors possible de construire un modèle de représentation de la structure d\u27une image à base de graphes de manière à représenter ces propriétés, et donc en même temps la topologie de la structure de l\u27image. Chaque bloc est ainsi représenté par un sommet d\u27un graphe, le contenu de l\u27image étant ensuite représenté en associant à chaque sommet un symbole choisi dans un alphabet fixé. Nous définissons ensuite un processus pour construire une nouvelle image de plus faible résolution à partir d\u27une image donnée à l\u27aide de règles de réduction prenant en compte à la fois la structure et le contenu symbolique de l\u27image. L\u27étude de ce processus conduira à l\u27élaboration de techniques pour, par exemple, apprendre à paramétrer les règles, ou encore pour accélérer ou fiabiliser le processus. Il peut être utilisé pour segmenter une image à différents niveaux de résolution à partir d\u27informations purement symboliques, ou encore par exemple pour extraire une information donnée, décrite symboliquement, dans une image
Développement et évaluation de stratégies de contrôle de ventilation appliquées aux locaux de grandes dimensions
No full textLe renouvellement de lair dans les locaux représente à la fois un enjeu majeur de santé publique, au regard des effets néfastes des polluants de lair intérieur sur lorganisme, un enjeu énergétique prépondérant, de part les consommations induites, et parallèlement un enjeu environnemental primordial. Ainsi, les systèmes de conditionnement et de renouvellement dair sont désormais pensés en considérant simultanément leur capacité à maintenir un air intérieur de qualité, leur faculté à assurer le confort thermique des occupants, et leur efficacité à minimiser les dépenses énergétiques. Dans ce contexte et dans le cas particulier de la typologie des locaux de grandes dimensions, lintérêt dun contrôle optimal de la ventilation apparaît, et ce dautant plus que loccupation dans le local peut se révéler fortement variable dans lespace et dans le temps. Lajustement du renouvellement de lair aux besoins réels du local, étroitement liés à loccupation, permet doptimiser les dépenses énergétiques des systèmes en assurant la qualité de lair intérieur et le confort thermique des occupants. Létude présente le développement et lévaluation de stratégies de contrôle de ventilation appliquées aux locaux de grandes dimensions, au travers dune étude numérique et expérimentale. La mise en place dune plateforme expérimentale permet lélaboration dun modèle thermo-aéraulique dun local de grandes dimensions, développé sur la base dun code CFD. En sappuyant sur ces outils, des stratégies de contrôle de ventilation, définissant un ensemble de contrôleurs, dabord simples puis plus évolués avec lintégration de la logique floue, sont élaborées, analysées puis évaluées selon des critères et des fonctions de performance établis
Etude de la durée de vie des contacts sous-alimentés en lubrifiant
No full textLa compréhension et la maîtrise des phénomènes de la lubrification des contacts a un impact direct sur le fonctionnement des mécanismes. La sous-alimentation en lubrifiant réduit l\u27épaisseur de film dans le contact et provoque des défaillances anticipées. Elle modifie aussi le frottement dans les contacts, ce qui augmente les pertes d\u27énergie. L\u27étude expérimentale du coefficient de frottement montre qu\u27il dépend fortement des conditions d\u27alimentation. Dans le domaine sous-alimenté, le frottement n\u27est pas constant et un certain nombre de cycles est nécessaire avant de parvenir à un fonctionnement stabilisé. Il s\u27agit du temps nécessaire pour équilibrer les pertes de lubrifiant et la réalimentation autour du contact. Une augmentation de la vitesse ou de la viscosité rend la sous-alimentation plus sévère. Les mesures de coefficient de frottement dans les contacts sous-alimentés sont utilisées afin de déterminer l\u27épaisseur du film de lubrifiant. Cette méthode permet la détermination expérimentale des épaisseurs de film dans les mécanismes complets. La durée de vie des contacts sous-alimentés est étudiée théoriquement et expérimentalement. L\u27influence de la réduction du débit de lubrifiant est non négligeable. Les réductions observées peuvent aller jusqu\u27à plus de 50%. Globalement, l\u27importance des dissipations thermiques dans les contacts sous-alimentés est mise en évidence. La plage de conditions de fonctionnement dans laquelle la sous-alimentation peut être observée est très réduite. Le passage d\u27un contact suralimenté à une défaillance par grippage se fait très rapidement
Comportement dynamique et stabilité des rotors : application aux rotors composites
No full textCe travail a pour objet létude de la stabilité des ensembles tournants lorsque des termes damortissement interne (dus aux matériaux) et damortissement externe (paliers) sont introduits dans le modèle. La majorité des études identifiées dans la littérature sont fondées sur des développements numériques. La principale difficulté réside dans lévaluation des paramètres physiques de lamortissement interne qui permettent une prédiction des instabilités potentielles avec une précision suffisante. Afin de considérer des propriétés mécaniques réelles en terme damortissement interne, un modèle rhéologique de solide viscoélastique associé à une approche générale éléments finis de type poutre est développée, incluant les effets de cisaillement transverse. Après une description théorique (choix du modèle damortissement interne et équations du mouvement), une première application valide la méthode proposée. Linfluence de lamortissement sur les fréquences et les seuils dinstabilité est analysée via une étude paramétrique. Les résultats sont comparés à ceux obtenus à partir dune approche analytique et à partir des expérimentations en rotation. Une seconde application sintéresse à la stabilité dynamique dun rotor composite avec prise en compte de lamortissement interne et du cisaillement transverse. Une théorie simplifiée dhomogénéisation de poutre (SHBT : Simplified Homogenized Beam Theory), associée à une formulation éléments finis est introduite et utilisée pour évaluer les fréquences naturelles et les seuils dinstabilité. Cette théorie est comparée avec dautres théories issues de la littérature (EMBT : Equivalent Modulus Beam Theory), EMBT modifié et (LBT : Layerwise Beam Theory). Une étude qualitative montre linfluence de différents paramètres (orientations, séquences dempilement, etc...) ainsi que les effets du cisaillement transverse lorsque ce dernier est introduit dans le modèle. Les effets associés sont traduits directement en terme de fréquences et de seuils dinstabilité de la structure tournante lorsque des empilements symétriques aussi bien quasymétriques sont considérés
Genèse des microstructures et conséquences sur les propriétés mécaniques dans les polymères semi-cristallins renforcés par des charges lamellaires
No full textCe travail de thèse sinscrit dans le développement de nouveaux matériaux barrière à matrice semi-cristalline (PE, PA), pour lemballage alimentaire. A ce titre, linsertion dans une matrice de polyamide-6 de particules lamellaires de taille nanométrique, du type montmorillonite, permet des améliorations des propriétés barrière, mais aussi des propriétés thermomécaniques, et ce, pour des taux de charge très faibles (<5%). En revanche, dans une matrice polyéthylène, lajout dargile ne conduit pas aux mêmes améliorations des propriétés. Afin de comprendre pourquoi lajout de nano-renfort ninduit pas toujours dans les matrices semi-cristallines les effets potentiellement escomptés, ce travail sarticule autour de deux constatations : - la première concerne la caractérisation de la morphologie des nanocomposites à renforts lamellaires : les techniques de Microscopie Electronique à Transmission et Diffraction des Rayons X, utilisées telles quelles le sont dans la littérature, ne sont pas adaptées à la caractérisation de ces systèmes. Pour remédier à cela, nous proposons dans une première partie une méthodologie par analyse dimages, de microscopie électronique et optique, pour quantifier létat de dispersion des feuillets dargile dans la matrice. Grâce à celle-ci, nous avons montré quil était possible dévaluer des paramètres morphologiques et de dispersion qui peuvent mettre en évidence leffet de la mise en oeuvre, du taux de charge et de la nature du compatibilisant sur la dispersion et lexfoliation des particules dargile. De plus, des expériences complémentaires par SAXS, ESEM et par analyse rhéologique, ont montré que la morphologie par analyse dimages était représentative de la morphologie du nanocomposite dans son ensemble. - la seconde concerne lanalyse des propriétés mécaniques des nanocomposites à matrice semi-cristalline et à renforts lamellaires : celle-ci ne prend pas en compte létat réel de dispersion, la texture cristalline, lorientation des particules dargile ainsi que les interactions renfort-matrice. La deuxième partie de ce travail fait état de limportance relative de ces différents paramètres sur les propriétés mécaniques. Entre autres, nous avons pu constater que les systèmes les mieux exfoliés nétaient pas forcément ceux pour lesquels le renforcement était le plus important. Dès lors, nous avons cherché à caractériser la nature du couplage entre les cristallites polymère et les renforts plaquettaires. Deux méthodologies sont proposées. Enfin, une approche qualitative par éléments finis a permis de confirmer le rôle prépondérant des interactions dans le renforcement des nanocomposites lamellaires
Robotique pour l\u27apprentissage de gestes médicaux. Mise en uvre de séquences d\u27accouchement automatisées
No full textLe simulateur d\u27accouchement BirthSIM, a été développé pour l\u27enseignement et la formation médicale. Notre travail s\u27inscrit dans le but de définir et mettre en uvre les différentes procédures d\u27accouchements utiles à l\u27apprentissage des gestes médicaux très importants à maîtriser pour diminuer les risques lors d\u27un accouchement. Après avoir établi le cahier des charges nécessaire pour l\u27automatisation du simulateur, nous avons mis en place un modèle de simulation du système mécatronique constituant le simulateur. Nous présentons un modèle du modulateur de puissance utilisé après avoir effectué une approximation des mesures expérimentales. Ce modèle mathématique nous permet d\u27établir différents modèles de commande nécessaires à la synthèse des méthodologies de commande utilisées pour implanter dix procédures d\u27accouchement. Ces procédures validées expérimentalement font aujourd\u27hui de BirthSIM un simulateur actif et dynamique permettant aujourd\u27hui d\u27assurer l\u27évaluation des praticiens