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Accélérer la restauration du microbiote intestinal pour renforcer la résistance à la colonisation contre les entérocoques résistants à la vancomycine
No full textThe gastrointestinal tract is a reservoir of opportunistic pathogens or pathobionts, which benefit from dysbiosis to proliferate in fragilised patients. VRE originate from the gastrointestinal tract, where their proliferation precedes dissemination in the bloodstream, and may lead to systemic infection. Understanding the mechanisms responsible for resistance to intestinal colonisation by VRE is essential for infection control. Only few studies have identified commensal bacteria that enhance resistance to colonisation of the microbiota against VRE. I aimed to identify commensal bacteria, key in the barrier effect to accelerate gut microbiota recovery after antibiotic dysbiosis to enhance resistance to colonisation against VRE. I performed a longitudinal analysis of the gut microbiota composition and VRE carriage levels during microbiota recovery in mice colonised with VRE after antibiotic-induced dysbiosis. By combining biological data and mathematical modelling, I identified 15 molecular species (OTUs) that correlate negatively with VRE carriage. Six strains representative of these OTUs have been collected and used in mixture with a seventh strain (Mix7) in two different mice lines challenged with VRE. I found that Mix7 allows a reduction of VRE carriage and a better gut microbiota recovery. Differences in the effect of Mix7 between mice were observed with responder and non-responder mice. These differences were associated with variation in the composition during the recovery and of the initial microbiota, providing potential biomarkers to predict response to Mix7. Furthermore, the Bacteroidota strain is required for Mix7 effect in vivo in the presence of at least one of the 6 other strains. In a mice model of alternative stable state of dysbiosis, higher concentrations were observed in responder compared to non-responder and control mice for short-chain fatty acids (acetate, propionate, butyrate) and for a number of metabolites including bile acids. None of the supernatant of the 7 strains, alone or in combination, inhibits VRE growth in vitro. Interestingly, 5 of the 7 strains are shared between human and mice and 2 have human functional equivalents. I showed that supplementation with a mixture of strains identified through mathematical modelling improves the barrier effect against VRE through mechanisms dependent of the recovery and initial composition of the microbiota. Ultimately, this work will allow to move towards a personalised medicine by targeting patients at risk and susceptible to respond to the supplementation with commensal anti-VRE strains, providing novel lived biotherapeutic products and biomarkers to predict response to treatment. The perspectives are 1/ to extend the effect to E. faecium for which I have adapted a colonisation model, 2/ to better understand the mechanism by implementing hypotheses thanks to metabolic modelling and using the culture medium that I have developed allowing the growth of 7 strains and the VRE, 3/ to explore the representation of the key species in the barrier effect in human microbiome database and 4/ to isolate human strains of these key species.Le tractus gastro-intestinal est un réservoir d'agents pathogènes opportunistes ou de pathobiontes, qui profitent d'une dysbiose pour proliférer chez les patients fragilisés. Les ERV proviennent du tractus gastro-intestinal, où leur prolifération précède la dissémination dans la circulation sanguine et peut conduire à une infection systémique. La compréhension des mécanismes responsables de la résistance à la colonisation intestinale par les ERV est essentielle pour le contrôle des infections. Peu d'études ont identifié les bactéries commensales qui renforcent la résistance à la colonisation du microbiote par les ERV. J'ai cherché à identifier les bactéries commensales qui jouent un rôle clé dans l'effet barrière afin d'accélérer la restauration du microbiote intestinal après dysbiose antibiotique et de renforcer la résistance à la colonisation contre les ERV. J'ai effectué une analyse longitudinale de la composition du microbiote intestinal et des niveaux de portage d'ERV pendant la restauration du microbiote chez des souris colonisées par des ERV après dysbiose induite par des antibiotiques. En combinant les données biologiques et la modélisation mathématique, 15 espèces moléculaires (OTUs) à corrélation négative avec le portage d'ERV ont été identifiées. Six souches représentatives de ces OTU ont été collectées et utilisées en mélange avec une septième souche (Mix7) dans deux lignées de souris différentes colonisées avec l'ERV. Le Mix7 réduit le portage d'ERV et favorise une meilleure récupération du microbiote intestinal. Des différences dans l'effet du Mix7 entre les souris ont été observées avec des souris répondeuses et non répondeuses. Ces différences ont été associées à la variation de la composition pendant la récupération et du microbiote initial, fournissant des biomarqueurs potentiels pour prédire la réponse au Mix7. De plus, j'ai démontré que la souche du phylum Bacteroidota est nécessaire pour l'effet du Mix7 in vivo en présence d'au moins une des 6 autres souches. Dans un modèle murin de dysbiose persitante, des concentrations plus élevées d'acides gras à chaîne courte (acétate, propionate, butyrate) et d'un certain nombre de métabolites, y compris les acides biliaires, ont été observées chez les souris répondeuses par rapport aux souris non-répondeuses et aux souris témoins. Aucun des surnageants des 7 souches, seul ou en combinaison, n'inhibe la croissance de l'ERV in vitro. Il est intéressant de noter que 5 des 7 souches sont partagées entre l'homme et la souris et que 2 ont des équivalents fonctionnels. J'ai montré que la supplémentation avec un mélange de souches identifiées par modélisation mathématique améliore l'effet barrière contre les ERV par des mécanismes dépendant de la récupération et de la composition initiale du microbiote. A terme, ce travail permettra d'aller vers une médecine personnalisée en ciblant les patients à risque et susceptibles de répondre à la supplémentation avec des souches commensales anti-ERV, en fournissant de nouveaux produits biothérapeutiques vivants (LBP) et des biomarqueurs pour prédire la réponse au traitement. Les perspectives sont 1/ d'élargir l'effet à E. faecium pour lequel j'ai adapté un modèle de colonisation, 2/ de mieux comprendre le mécanisme à l'aide d'hypothèses basées sur la modélisation métabolique et en utilisant le milieu de culture que j'ai développé permettant la croissance des 7 souches et de l'ERV, 3/ d'explorer la représentation des espèces clés de l'effet barrière dans les bases de données du microbiome humain et 4/ d'isoler des souches humaines de ces espèces clés
Catalyseur pérovskite supporté sur des nanofibres de carbone pour une réduction améliorée de l'oxygène
No full textThe thesis “Perovskite catalyst supported on carbon nanofibers for enhanced oxygen reduction” focuses on developing a methodology to create an efficient catalytic layer. It explores large-scale energy conversion systems, with an emphasis on oxygen reduction (ORR) used in applications such as metal-air batteries and fuel cells. looks at ASMO type perovskites to select the most stable. Crystal analyzes and electrical conductivity measurements confirm that LSMO perovskite is a suitable catalyst for ORR. In the manufacture of carbon fibers from polyacrylonitrile (PAN) fibers modulated by electrospinning for high electrical conductivity. The dispersion of LSMO nanoparticles in carbon nanofibers is used to apply them as electrode materials. Finally, electrochemical testing of CNF/LSMO systems, providing information on their electroactivity. Upon completion of these steps, the CNF/LSMO catalytic layer proved to be the optimal choice for ORR, paving the way for significant advances in energy conversion technologies.La thèse "Catalyseur pérovskite supporté sur des nanofibres de carbone pour une réduction améliorée de l'oxygène" se concentre sur le développement d'une méthodologie pour créer une couche catalytique efficace. Il s´explore les systèmes de conversion d'énergie à grande échelle, en mettant l'accent sur la réduction de l'oxygène (ORR) utilisée dans des applications telles que les batteries métal-air et les piles à combustible. se penche sur les pérovskites de type ASMO pour sélectionner la plus stable. Des analyses cristallines et des mesures de conductivité électrique confirmant que la pérovskite LSMO est un catalyseur approprié pour l'ORR. Dans la fabrication de fibres de carbone à partir de fibres de polyacrylonitrile (PAN) modulées par électrofilage pour une haute conductivité électrique. La dispersion de nanoparticules de LSMO dans les nanofibres de carbone s'utilise pour les appliquer comme matériaux d'électrode. Enfin, les tests électrochimiques des systèmes CNF/LSMO, fournissant des informations sur leur électroactivité. Au terme de ces étapes, la couche catalytique CNF/LSMO s'est avéré être le choix optimal pour l'ORR, ouvrant la voie à des avancées significatives dans les technologies de conversion d'énergie
Trois essais en économie politique des discours
No full textThis PhD dissertation in political economy consists of three independent chapters. The first two document the speaking behaviour of members of the European Parliament (MEPs). Their originality lies in particular in the creation of a new textual database that gathers all the speeches made in the European Parliament from July 1999 to November 2022, allowing to use natural language processing approaches as outcome measures. The last chapter is an optimization problem studying the Libor scandal within a bayesian framework.Chapter one focuses on the speeches given by members of the European Parliament and present the first evidence of convergence within European political groups. The baseline analysis shows the development of increasingly cohesive ideological blocs in the Parliament, particularly among the more radical ideologies. Yet, this increasing unity within groups has come at the expense of proximity between them.Chapter two investigates the influence of social interactions among Members of the European Parliament on the simi-larity of language they speak. Using the quasi-random allocation of seats in the European Parliament, I find that sitting adjacently increases language similarity among MEPs by 7% within the same group and by 4% between different groups. Within-group peer effects are equally influenced by convergence in the topics discussed and in the phrases used to address them. In contrast, between-group convergence is driven solely by a more similar manner of addressing topics. Chapter three studies the dynamics of Libor manipulation through the lens of a Bayesian model in which an agent learns the intensity of the supervision they are subject to. The supervisor can be active or inactive, and the agent chooses a manipulation intensity during each period that yields a short-term payoff. While an inactive supervisor lets the agent cheat indefinitely, an active supervisor can discover the manipulation. They are thus more likely to detect it as the extent of the manipulation increases.Cette thèse de doctorat en économie politique se compose de trois chapitres indépendants. Les deux premiers do-cumentent le comportement verbal des députés européens. Leur originalité réside notamment dans la création d’une nouvelle base de données textuelles regroupant tous les discours prononcés au Parlement européen de juillet 1999 à novembre 2022, permettant l’utilisation d’approches de traitement du langage naturel comme mesures de résultat. Le dernier chapitre aborde un problème d’optimisation en étudiant le scandale du Libor dans un cadre bayésien.Le premier chapitre se concentre sur les discours prononcés par les députés européens. Il présente les premières preuves de convergence au sein des groupes politiques européens. L’analyse démontre le développement de blocs idéologiques de plus en plus cohérents au Parlement, en particulier parmi les idéologies les plus radicales. Cependant, cette unité croissante au sein des groupes s’est faite au détriment de la proximité entre eux.Le deuxième chapitre examine l’influence des interactions sociales entre les députés européens sur la similarité de leur language. En utilisant l’allocation quasi-aléatoire des sièges au Parlement européen, je constate que le fait de siéger côte à côte augmente la similarité du language de ces députés de 7% au sein du même groupe et de 4% entre différents groupes. Les effets de pairs au sein du même groupe sont également influencés par la convergence dans les sujets abordés et dans les expressions utilisées pour les aborder. En revanche, la convergence entre les groupes est uniquement due à une manière plus similaire d’aborder les sujets.Le troisième chapitre étudie les dynamiques de la manipulation du Libor au moyen d’un modèle bayésien dans lequel un trader apprend l’intensité de la surveillance à laquelle il est soumis. Le superviseur peut être actif ou inactif, et le trader choisit une intensité de manipulation à chaque période qui génère un gain à court terme. Alors qu’un superviseur inactif permet au trader de tricher indéfiniment, un superviseur actif peut découvrir la manipulation. Il est donc plus susceptible de la détecter à mesure que l’ampleur de la manipulation augmente
Analyse et atténuation par shunt piézoélectrique résonant des vibrations induites par l'écoulement subies par des surfaces portants navales
No full textFlow-induced vibrations (FIV) sustained by naval lifting surfaces may lead to acoustic noise and early structural fatigue. An experimental study of the flow induced vibrations sustained by marine lifting surfaces was conducted in order to 1) investigate the fluid-structure coupling of elongated surfaces under flow excitation which may be subjected to a higher number of freedom degrees than short surfaces and to 2) design an efficient vibration mitigation device consisting of a passive resonant piezoelectric shunt. The studied structures consist of a blunt flat aluminium plate of chord-to-thickness ratio 16.7 and a truncated NACA 66-306 aluminium hydrofoil of chord-to-thickness ratio 13.9. Various flow velocities, associated with chord-based Reynolds numbers ranging between 250000 and 950000 were analysed at zero degrees of incidence in the hydrodynamic tunnel of the French Naval Academy Research Institute (IRENav). The vibration velocity of both structures was evaluated using laser vibrometry. The near-wake flow field was characterized by Particle Image Velocimetry (TR-PIV) and analysed by statistical analysis of the mean flow, Proper Orthogonal Decomposition (POD). The dynamics of the Karman vortices were analysed by using a vortex detection algorithm. The analysis of the vibrational response at various flow velocities has highlighted three distinct vibration regimes consisting of no-resonance, lock-off resonance and lock-in resonance with the first twisting mode. For the blunt plate, two excitation sources coexist: 1) the Trailing Edge Vortex Shedding (TEVS) instability and 2) The Impinging Shear Layer (ISL) instability which results in two Karman vortex shedding modes. Of particular interest is the lock-off resonance regime which occurs when the vortex shedding frequency of the secondary Karman mode synchronizes with the twisting mode natural frequency. The lock-in resonance regime is characterized by an increase in the contribution to the total TKE of both the primary Karman vortex shedding and its first harmonic in agreement with an increase of the drag. An innovative setup consisting of a passive resonant shunt connected to a piezoelectric transducer integrated on the truncated hydrofoil surface was implemented. Twisting type vibrations were mitigated at zero flow velocity in air and in water and at various flow velocities in water. Two types of passive resonant piezoelectric shunts were tested: the copper wired inductor shunt and the synthetic inductor shunt. The copper wired inductor shunt has demonstrated a vibration mitigation level of 18 dB of the twisting mode maximal vibration magnitude when the hydrofoil is immersed in water at zero flow velocity. The synthetic inductor shunt was tested at zero flow velocity and provided a vibration mitigation of 31 dB in air and of 21 dB in water. In addition to the experimental study, a numerical model of the hydrofoil embedded with piezoelectric transducer was implemented with COMSOL Multiphysics. The copper wired inductor shunt is well adapted for high magnitude vibrations and was tested under flow conditions. Different vibration regimes consisting of no resonance, resonance and lock-in with the first twisting mode and with the second bending mode were identified. For this configuration, the root mean square value of the vibration velocity signal was reduced by the shunt by 62 % at the lock-in regime. At lock-in, the Karman vortex shedding is less phase correlated and broadband frequency content is introduced when the shunt is activated. In the end, the investigations conducted through this study have offered new insights about the flow-induced vibration mechanisms leading to high magnitude vibrations and the resonant piezoelectric shunt has demonstrated its high capability to reduce these vibrations.Les vibrations induites par l'écoulement subies par des surfaces portantes navales peuvent entraîner des bruits acoustiques et une fatigue structurelle précoce. Une étude expérimentale de ces vibrations a été menée afin 1) d'étudier le couplage fluide-structure de surfaces portantes allongées sous excitation fluide soumises à un plus grand nombre de degrés de liberté et 2) de concevoir un dispositif efficace d'atténuation des vibrations consistant en un shunt piézoélectrique résonnant passif. Les structures étudiées consistent en une plaque plane de section rectangulaire en aluminium de rapport corde/épaisseur de 16,7 et en un hydrofoil tronqué en aluminium de type NACA 66-306 d'un rapport corde/épaisseur de 13,9. Diverses vitesses d'écoulement, associées à des nombres de Reynolds basés sur la corde compris entre 250000 et 950000, ont été analysées à zéro degré d'incidence dans le tunnel hydrodynamique de l'Institut de Recherche de l'École Navale (IRENav). La vitesse de vibration des deux structures a été évaluée par vibrométrie laser. Le sillage a été caractérisé par vélocimétrie d’image de particule et analysé par étude statistique de l'écoulement moyen et par décomposition orthogonale propre. La dynamique des tourbillons de Karman a été analysée à l'aide d'un algorithme de détection des tourbillons.. L'analyse de la réponse vibratoire à différentes vitesses d'écoulement a mis en évidence trois régimes de vibration distincts, à savoir l'absence de résonance, la résonance sans accrochage et la résonance avec accrochage avec le premier mode de torsion. Pour la plaque plane, deux sources d'excitation coexistent : 1) l'instabilité de bord de fuite et 2) l'instabilité de cisaillement qui se traduit par deux modes de lâché tourbillonnaire. Le régime de résonance avec accrochage est caractérisé par une augmentation de la contribution à l’énergie cinétique turbulente total du lâché tourbillonnaire primaire de Karman et de sa première harmonique, en accord avec une augmentation de la traînée. Un dispositif innovant consistant en un shunt résonnant passif connecté à un patch piézoélectrique intégré à la surface de l'hydrofoil a été mis en œuvre. Les vibrations de type torsion ont été atténuées à une vitesse d'écoulement nulle dans l'air et dans l'eau et à différentes vitesses d'écoulement dans l'eau. Deux types de shunts piézoélectriques résonnants passifs ont été testés : le shunt avec inducteur bobiné et le shunt à inducteur synthétique. Le shunt avec inducteur bobiné a démontré un niveau d'atténuation des vibrations de 18 dB de l'amplitude maximale des vibrations du mode de torsion lorsque l'hydrofoil est immergé dans l'eau à une vitesse d'écoulement nulle. Le shunt à inducteur synthétique a été testé à une vitesse d'écoulement nulle et a permis d'atténuer les vibrations de 31 dB dans l'air et de 21 dB dans l'eau. En plus de l'étude expérimentale, un modèle numérique de l'hydrofoil équipé d'un transducteur piézoélectrique a été mis en œuvre avec COMSOL Multiphysics. Le shunt à inducteur bobiné est adapté aux vibrations de grande amplitude et a été testé sous écoulement. Différents régimes de vibration ont été identifiés : absence de résonance, résonance et accrochage avec le premier mode de torsion. Pour cette configuration, la valeur efficace du signal de vitesse de vibration a été réduite par le shunt de 62 % à l’accrochage. Sous accrochage, le lâché tourbillonnaire de Karman est moins corrélé en phase et un contenu fréquentiel à large bande est introduit lorsque le shunt est activé. En conclusion, les recherches menées dans le cadre de cette étude ont permis de mieux comprendre les mécanismes vibratoires induits par l'écoulement à l’origine de vibrations de forte amplitude et le shunt piézoélectrique résonnant a démontré sa capacité à réduire ces vibrations
Ténacité de gaines de combustible nucléaire en Zircaloy-4 en cas de fissuration différée par hydruration (DHC)
No full textAfter being used in nuclear reactors, fuel rods are stored. Given the occupancy of storage pools, dry storage is considered as an alternative solution. Depending on the associated conditions, a mechanico-chemical phenomenon called Delayed Hydride Cracking (DHC) may occur in the zirconium alloy cladding tubes. This phenomenon unfolds in three iterative steps: (i) the diffusion of hydrogen in solution towards a potential pre-existing crack under the influence of the stress gradient; (ii) the increase in hydrogen concentration at the crack tip to the solubility limit, causing the precipitation of hydrogen in the form of hydrides and their growth; (iii) the fracture of the zone that is embrittled by hydrides once the stress intensity factor reaches a threshold toughness value noted KIDHC. The repetition of these three steps can lead to the progressive brittle propagation of the crack. The objective of this thesis is to quantify the toughness of cold-worked stress-relieved Zircaloy-4 hydrided fuel cladding in the case of DHC and to provide a predictive model of crack propagation within the cladding thickness. A literature review has quantified the influence of several parameters (material, temperature, hydrogen concentration) on the value of KIDHC, highlighting that no data in the literature are available on this material in this propagation direction. To address this lack of data, an experimental procedure using pre-cracked C-ring specimens has been developed. Coupling this procedure with finite element modeling, provided the toughness in the case of DHC and the crack propagation velocity vDHC at three temperatures (150, 200, and 250 °C). In this temperature range, the value of KIDHC remains constant, approximately equal to 8.3 MPa.m^(0.5), and the velocity increases from 4.4E-9 (at 150 °C) to 3.7E-7 m/s (at 250 °C). Furthermore, the experimental setup allows for toughness tests without DHC. Toughness values KIC were determined at 25, 200, and 250 °C, revealing embrittlement of the cladding due to DHC, halving the measured toughness value without DHC. Based on these experiments, a finite element model was developed to numerically reproduce the DHC phenomenon. This model couples the mechanical behavior of the material with the presence of hydrogen and hydrides, considering the kinetics of hydrogen diffusion, and the germination, growth, and dissolution of hydrides. Crack propagation was modeled using a cohesive zone model. The obtained numerical results are consistent with the experimental values of KIDHC, vDHC, and incubation time, i.e., the time required before the crack initiation. To qualitatively predict the behavior of irradiated cladding with respect to DHC, the effect of irradiation is discussed based on this modeling and literature data.Après leur utilisation dans les réacteurs nucléaires, les crayons combustibles gainés en alliage de zirconium doivent être entreposés. Au vu du taux de remplissage important des piscines d'entreposage, l'entreposage à sec est envisagé comme solution alternative. Suivant les conditions associées, un phénomène mécano-chimique appelé fissuration différée par hydruration (DHC pour delayed hydride cracking) pourrait se manifester. Ce phénomène se déroule en trois étapes itératives : (i) la diffusion de l'hydrogène en solution vers une potentielle fissure préexistante sous l'effet du gradient de contrainte ; (ii) l'augmentation de la concentration d'hydrogène en pointe de fissure jusqu'à la limite de solubilité, provoquant la précipitation de cet hydrogène sous la forme d'hydrures et la croissance de ceux-ci ; (iii) la rupture de la zone fragilisée par les hydrures une fois que le facteur d'intensité des contraintes atteint une valeur seuil de ténacité notée KIDHC. La répétition de ces trois étapes peut mener à la propagation fragile progressive de la fissure. L'objectif de cette thèse est de quantifier la ténacité des gaines combustibles en Zircaloy-4 détendu hydruré en cas de DHC, et de fournir un modèle prédictif de propagation de fissure dans l'épaisseur de la gaine. La synthèse bibliographique a permis de quantifier l'influence de plusieurs paramètres (matériau, température, concentration en hydrogène) sur la valeur de KIDHC, et de mettre en évidence qu'aucune donnée dans la littérature n'est disponible sur ce matériau dans cette direction de propagation. Afin de pallier ce manque, une procédure expérimentale utilisant des éprouvettes de type C-ring pré-fissurées a été développée. Cette procédure, couplée à une modélisation par éléments finis, a permis de déterminer la ténacité en cas de DHC et la vitesse de propagation de la fissure vDHC à trois températures (150, 200 et 250 °C). Dans cet intervalle de température, la valeur de KIDHC reste constante, environ égale à 8.3 MPa.m^(0.5), et la vitesse augmente, passant de 4.4E-9 (à 150 °C) à 3.7E -7 m/s (à 250 °C). De plus, le dispositif expérimental permet de réaliser des essais de ténacité sans DHC. Les valeurs de ténacité KIC ont été déterminées à 25, 200 et 250 °C. La fragilisation des gaines par la DHC, réduisant de moitié la valeur de ténacité est ainsi mise en évidence. En se basant sur ces expériences, un modèle éléments finis a été développé afin de reproduire numériquement le phénomène de DHC. Ce modèle permet de coupler le comportement mécanique du matériau à la présence d'hydrogène et d'hydrures en prenant en compte les cinétiques de diffusion de l'hydrogène, et de germination, croissance et dissolution des hydrures. La propagation de la fissure a été modélisée à l'aide d'un modèle de zone cohésive. Le couplage de tous ces éléments permet de retrouver les valeurs expérimentales de KIDHC, de vDHC et du temps d'incubation, c'est-à-dire du temps nécessaire avant amorçage de la fissure. Afin de prédire qualitativement le comportement des gaines irradiées vis-à-vis de la DHC, l'effet de l'irradiation est discuté sur la base de cette modélisation et des données de la littérature
Simulation de la localisation de la déformation plastique par dynamique des dislocations discrètes et plasticité cristalline
No full textUnderstanding the deformation processes leading to the failure of polycrystalline materials is one of the major challenges in materials science. To date, the mechanisms of plastic strain localization into slip bands and the propagation of deformation through a polycrystalline aggregate are not fully understood. Investigating such phenomena is the aim of the 3DiPolyPlast ANR project. In the proposed multi-scale simulation approach, Discrete Dislocation Dynamics (DDD) simulations will be used to better model the individual and collective behavior of dislocations at the mesoscopic scale. The majority of the simulations carried out are based on a so-called weak coupling between DDD and the Finite Element Method (FEM), in which the stress field resulting from a FEM calculation in elasticity is used as the initial intragranular loading condition. This assumption enables a more systematic and physically justified study of the various mechanisms taking place during plastic deformation within the dislocation microstructure. The simulations carried out show the role played by the polycrystalline microstructure on the localization of plastic deformation, notably through elastic deformation incompatibilities leading to the appearance of intragranular stress concentrations. Using these simulations, we show that during plastic deformation, certain mechanisms such as cross-slip or collinear annihilation allow plastic deformation to initiate in certain regions of the grain. Meticulous observation of this dislocation microstructure has enabled us to reconsider one of the initial assumptions of our DDD simulations, the impenetrability of grain boundaries. In fact, the number of dislocations stacking up at grain boundaries is significant, and the stresses calculated at the head of these stacks are of the order of the GPa. Part of the work presented in this manuscript has therefore been dedicated to the implementation of a local rule to model the reaction mechanisms between dislocations and grain boundaries during plastic deformation. In addition, we have shown that these reaction mechanisms are responsible for a sharp decrease in kinematic strain hardening, leading to intense plastic slip in local regions of the grain. Further calculations were carried out within the framework of the discrete-continuous model (DCM), which couples crystal plasticity finite element calculations carried out on the complete polycrystalline aggregate with DDD simulations. This modeling provides a more precise description of plastic deformation mechanisms, and represents a major asset in the study of the role of interactions between grains, particularly during their plastic deformation. These simulations are also proving to be a source of information for better understanding the diffraction contrasts observed experimentally in X-ray topo-tomography.Comprendre les processus de déformation conduisant à la défaillance des matériaux polycristallins est l'un des principaux défis de la science des matériaux. A ce jour, les mécanismes de localisation de la déformation plastique en bandes de glissement et la propagation de la déformation à travers un agrégat polycristallin ne sont pas entièrement compris. L'investigation de tels phénomènes est l'objectif du projet ANR 3DiPolyPlast. Dans l'approche de simulation multi-échelles proposée, des simulations de Dynamique des Dislocations Discrètes (DDD) seront utilisées afin de mieux modéliser le comportement individuel et collectif des dislocations à l'échelle mésoscopique. La majorité des simulations réalisées sont basées sur un couplage dit faible entre la DDD et la Méthode des Eléments Finis (MEF), dans lequel le champ de contrainte issu d'un calcul MEF en élasticité est utilisé comme condition initiale de chargement intragranulaire. Cette hypothèse permet de réaliser une étude plus systématique et physiquement justifiée des différents mécanismes ayant lieu durant la déformation plastique au sein de la microstructure de dislocation. Les simulations réalisées montrent le rôle joué par la microstructure polycristalline sur la localisation de la déformation plastique, notamment à travers les incompatibilités de déformations élastiques entraînant l'apparition de concentrations de contraintes intragranulaires. A l'aide de ces simulations, nous montrons qu'au cours de la déformation plastique, certains mécanismes comme le cross-slip ou les annihilations colinéaires permettent à la déformation plastique de s'initier dans certaines régions du grain. L'observation méticuleuse de cette microstructure de dislocation nous a permis de reconsidérer une des hypothèses initiales de nos simulations DDD, l'impénétrabilité des joints de grains. De fait, le nombre de dislocations s'empilant aux joints de grains est important et les contraintes calculées en tête de ces empilements sont de l'ordre du GPa. Une partie du travail présenté dans ce manuscrit a donc été dédié à l'implémentation d'une règle locale permettant de modéliser les mécanismes de réactions entre dislocations et joints de grains au cours de la déformation plastique. Par ailleurs, nous avons montré que ces mécanismes de réactions étaient à l'origine d'une forte diminution de l'écrouissage cinématique entraînant dans des régions locales du grain la présence d'un glissement plastique intense. D'autres calculs ont été réalisés dans le cadre du modèle discret-continu (MDC) qui couple les calculs d'éléments finis de plasticité cristalline effectués sur l'agrégat polycristallin complet avec des simulations DDD. Cette modélisation permet une description plus précise des mécanismes de déformation plastique et représente un atout majeur dans l'étude du rôle des interactions entre grains, notamment durant la déformation plastique de ces derniers. Ces simulations se révèlent aussi être une source d'informations afin de mieux comprendre les contrastes de diffraction observés expérimentalement en topo-tomographie rayons X
Impact de l’intégrité de surface de composants aéronautiques en Ti-6Al-4V produits par L-PBF, parachevés ou non, sur la durée de vie en fatigue
No full textLaser powder bed fusion (L-PBF) is an additive manufacturing process that has boomed in recent years, especially in the aerospace industry due to the high potential gains that can be made in terms of mass. However, this process is still not extensively used to manufacture structurally loaded components because of the high surface roughness it generates. These surface states are an issue, in particular with respect to the fatigue life of such components. Hence, in order to improve the fatigue strength, surface finishing processes are developed and used. The aim of this work is to study the fatigue strength of the Ti-6Al-4V titanium alloy produced by L-PBF with different surface states generated by chemical etching. A large experimental campaign was conducted, in two phases, using several different specimen geometries and multiple surface states. The fatigue crack initiation mechanisms were identified as well as their evolution as a function of the etching process. Large scatter in material strength is observed and discussed. A deterministic model based on the Kitagawa-Takahashi diagram and an El-Haddad and Topper model, extended to the finite life domain is proposed. This model makes it possible to describe the link between the critical porosity size, the allowable stress and the fatigue life. An innovative methodology is developed to identify the model parameters without needing to integrate a crack propagation law. The ability to identify the critical porosity within a population of surface irregularities is also studied. Several metrics based on the geometrical characteristics of the surface valleys and porosities from the population are evaluated. None of these metrics are able to accurately identify the critical porosity due to the large material scatter observed. Preliminary steps in the development of a probabilistic model taking into account the material variability are proposed.La fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) est un procédé en plein essor, notamment dans le domaine aéronautique, en raison des gains substantiels qu’il permet sur la masse des composants. En revanche, ce procédé n’est encore que peu utilisé sur des composants structurellement chargés du fait des états de surface significativement rugueux qu’il engendre. Ces états de surface sont problématiques notamment du point de vue de la tenue en fatigue. Afin d’améliorer cette tenue, des traitements de parachèvement des surfaces sont donc développés. L’objectifs de ces travaux de thèse est d’étudier la tenue en fatigue de l’alliage de titane Ti-6Al-4V produit par L-PBF, en présence de différents états de surface produits par parachèvement chimique. Pour ce faire, une vaste campagne expérimentale, menée en deux phases, sur plusieurs géométries d’éprouvettes et sur de multiples états de surface est mise en œuvre. Les différents mécanismes d’amorçage des fissures de fatigue sont identifiés, ainsi que leurs évolutions en fonction du temps de parachèvement. Une large dispersion matériau est révélée et discutée. Une modélisation déterministe basée sur un diagramme de Kitagawa-Takahashi et un modèle de El-Haddad et Topper, étendu aux durées de vies limitées, est proposée. Celle-ci permet d’établir le lien entre porosité critique, contrainte admissible et durée de vie. Une méthode innovante d’identification de ce modèle, sans avoir recours à l’intégration d’une loi de propagation de fissure, est utilisée. La possibilité d’identifier une porosité critique au sein d’une population d’irrégularités de surface est aussi étudiée. Plusieurs indicateurs basés sur les caractéristiques géométriques des porosités et vallées de surface composant cette population sont évalués à cette fin. Tous sont mis en défaut du fait de la forte variabilité de la tenue intrinsèque locale du matériau. De premiers éléments de modélisation probabiliste permettant de tenir compte de cette dispersion matériau sont proposés
Étude micro-onde des supraconducteurs à haute température critique : des résonateurs en YBa2Cu3O7-δ aux feuillets ultra-minces de Bi2Sr2CaCu2O8+δ
No full textDiscovered in 1986, cuprates remain the focus of ongoing research due to their unique superconducting properties, including high transition temperatures (Tc) and critical magnetic fields.In this thesis, we first explore the potential of using high-Tc superconductors (HTcS) for the fabrication of coplanar waveguide resonators (CPWRs). Resonators are essential building blocks of microwave circuits, but their performance is limited by material loss. Using superconductors improves the quality factor of resonators, and HTcS significantly increase their thermal and magnetic operating ranges when compared to their low-Tc counterparts. We report the fabrication of YBa2Cu307−δ CPWRs resonators and study in details the different coupling regimes from an overcoupled one to an undercoupled one. A high-Q YBa2Cu307−δ CPWR is then used to perform Electron Spin Resonance in cavity on different spin ensembles.In the second part, we investigate the role of dimensionality in the superconducting state of cuprates, focusing on Bi2Sr2CaCu2O8+δ as it can be exfoliated down to one unit cell. Our work includes the fabrication and characterization of Bi2Sr2CaCu2O8+δ ultrathin flakes in both DC and microwave regimes. The DC analysis points towards BKT physics, which is confirmed by the jump observed in the microwave superfluid stiffness – a hallmark of the BKT transition. A peak is also measured in the real part of the conductivity, associated with the dissociation of BKT vortex pairs.Découverts en 1986, les cuprates sont toujours au cœur de recherches intenses du fait de leurs propriétés supraconductrices uniques, tels que leurs températures de transition (Tc) et leurs champs magnétiques critiques élevés.Dans cette thèse, nous explorons tout d'abord le potentiel d'utilisation des supraconducteurs haut-Tc (HTcS) pour la fabrication de résonateurs à guide d'ondes coplanaire (CPWR). Les résonateurs sont des éléments essentiels des circuits micro-ondes, mais leurs performances sont limitées par les pertes dans le matériau. L'utilisation de supraconducteurs améliore le facteur de qualité des résonateurs, et les HTcS en augmentent considérablement les plages de fonctionnement thermiques et magnétiques en comparaison aux bas-Tc. Dans une première partie, nous présentons la fabrication de résonateurs CPWRs en YBa2Cu307-δ et étudions en détail les différents régimes de couplage, du régime surcouplé au régime sous-couplé. Le CPWR en YBa2Cu307-δ à haut facteur de qualité est ensuite utilisé pour réaliser une expérience de résonance de spin électronique en cavité sur différents systèmes de spins collectifs.Nous étudions ensuite les propriétés physiques de la supraconductivité bidimensionnelle dans les cuprates, en nous concentrant sur le Bi2Sr2CaCu2O8+δ qui peut être exfolié jusqu'à une cellule unitaire. Notre travail comprend la fabrication et la caractérisation, à la fois dans les régimes DC et des micro-ondes, de feuillets ultra-minces de Bi2Sr2CaCu2O8+δ. L'analyse DC suggère des signatures de la physique BKT, ce qui est confirmé par le saut observé dans la rigidité superfluide micro-onde - une caractéristique de la transition BKT. Un pic est également mesuré dans la partie réelle de la conductivité, associé à la dissociation des paires de vortex BKT
Une méthode explicite hybride d'ordre élevé pour la dynamique des structures
No full textIn this thesis, we focus on the development of the Hybrid High-Order (HHO) method for structural dynamics. The HHO method is formulated in terms of face unknowns defined on the mesh skeleton, and cell unknowns defined in the volume. The HHO method has many advantages in the context of structural mechanics: it can be written in primal form, it is robust to volume locking, it accommodates polyhedral meshes, and it is computationally efficient.More specifically, in this thesis, we investigate the possibility of coupling the HHO method for the spatial discretization of linear and nonlinear wave equations with explicit time-integration schemes. We prove the optimal convergence of the approximation in the linear case with the centered difference scheme in time. We then propose an iterative method for solving the static coupling between the cell and face unknowns at each time step. The method is based on an operator splitting and converges if the stabilisation is multiplied by a sufficiently large factor. A proof of convergence is given in the linear case. We extend this method to the nonlinear wave equation, to the elastic wave equation and to structural dynamics with finite strain plasticity. Numerous numerical experiments are conducted to verify the accuracy of the proposed method, examine the influence of splitting parameters on the computation time and the error, and compare the proposed method with finite elements in terms of accuracy and computation cost.Dans cette thèse, nous nous intéressons au développement de la méthode HHO (hybride d'ordre élevé) pour la dynamique des structures. La méthode HHO est formulée en termes d'inconnues de faces définies sur le squelette du maillage, et d'inconnues de cellules définies dans le volume. La méthode HHO présente de nombreux avantages dans le cadre de la mécanique des structures~: elle s'écrit sous forme primale, elle est robuste au verrouillage volumique, elle permet l'utilisation naturelle de maillages polyédriques quelconques, et elle est efficace en termes de coût de calcul. Plus particulièrement, dans cette thèse, nous nous penchons sur la possibilité de coupler la méthode HHO pour la discrétisation spatiale d'équations d'ondes linéaires et non-linéaires avec une intégration explicite en temps. Nous prouvons la convergence optimale de l'approximation dans le cas linéaire avec le schéma des différences centrées en temps. Puis, nous proposons une méthode itérative pour résoudre le couplage statique existant entre les inconnues de cellule et de face à chaque pas de temps. Cette méthode repose sur un splitting d'opérateurs et converge si la stabilisation est multipliée par un facteur suffisamment grand. Une preuve de convergence est donnée dans le cas linéaire. L'extension de cette méthode à l'équation des ondes non-linéaires, à l'équation des ondes élastiques et à la dynamique des structures en grandes transformations avec plasticité est ensuite présentée. De nombreux exemples numériques permettent de vérifier la précision de la méthode proposée, d'étudier l'influence des paramètres du splitting sur le temps de calcul et l'erreur, ainsi que de la comparer aux éléments finis en termes de précision et de coût de calcul
Étude comparative de la croissance et des propriétés physiques et chimiques d'arbres issus de systèmes agroforestiers et forestiers pour une valorisation dans la filière bois : cas du peuplier, du noyer et du robinier
No full textIn order to combining agroecology and increased biomass production, in response to the ecological transition, agroforestry has undergone a new rise in temperate areas over the last twenty years. However, the agroforestry tree is still often considered as a crop or livestock auxiliary and is rarely the purpose of researches to better characterize its wood in order to improve its valorization. Since they evolve in spatial conditions that are far removed from those prevailing in conventional forestry, particularly due to low planting tree densities per hectare, they are subject to higher exposure to wind and light, and to strong interactions with annual crops and numerous human interventions at the level of the branches and root system. The growth dynamics of three tree temperate wood species (hybrid walnut, poplar and black locust) developed under agroforestry (AF) conditions were compared to those of the same species from control forest plots (FC). The secondary growth of the agroforestry trees was found to be faster than that of the forest controls, reflecting a significant thigmomorphogenesis phenomenon related to the wind regime applied to the trees. The influence of growth conditions on the chemical and physical properties of walnut and poplar trees in agroforestry and forestry systems was then analyzed. Although the content of extractive compounds in walnut wood did not differ according to silvicultural treatment, the analyses performed by NIR hyperspectral imaging revealed some differences in chemical composition between agroforestry and forestry walnut trees, particularly in terms of extractives composition compounds and lignin content. In poplar, a lower lignin content was observed in wood from the agroforestry plot compared to wood from the forestry control, which is assimilated to a higher presence of flexure wood in agroforestry poplars. Afterwards, comparative analyses of some physical properties of the AF and FC poplars highlighted that the agroforestry poplars had lower average moisture contents and a lower proportion of sapwood and wet heartwood in their trunks than the control poplars. Moreover, the average density of the wood does not differ according to the silvicultural treatment. Finally, the quality of agroforestry poplar wood with respect to peeling process and its valorization in the technical wood products industry was assessed. AF and FC poplars were peeled. The veneers obtained were characterized and compared according to the origin of the wood. For each provenance, LVL panels were produced and mechanically characterized by 4-point bending tests. The results obtained were related to some physical properties of the wood such as the angle of the microfibrils in the cell walls or its density and they indicated that AF poplars have higher mechanical properties to those of control poplars. AF poplars that have adapted to wind-induced bending during their growth have produced larger diameter wood with higher mechanical properties than wood from the control forest system, making it a good resource for recovery as reconstituted material from peeling process.To conclude, this PhD thesis work bring new knowledge and contributes to the better understanding towards the development and the growing of trees in agroforestry system and on the properties of the wood that they produced. All the results obtained are very promising and allow a first approach in terms of the valorization ways of agroforestry trees in the wood sector.Dans le but d’allier agroécologie et augmentation de la production de biomasse, en réponse à la transition écologique, l’agroforesterie connaît un nouvel essor en zone tempérée, depuis ces vingt dernières années. Cependant, l’arbre agroforestier reste encore considéré comme étant un auxiliaire de culture ou d’élevage, et fait rarement l’objet d’études permettant de caractériser son bois pour ensuite mieux le valoriser. Evoluant dans des spatialisations éloignées de celles de la foresterie plus conventionnelle, notamment en raison de plus faibles densités d’arbre à l’hectare, les arbres agroforestiers sont soumis à des expositions accrues aux vents et à la lumière, auxquelles s’ajoutent des interactions fortes avec les cultures annuelles et de nombreuses interventions humaines réalisées au niveau du houppier et du système racinaire. Les dynamiques de croissance de trois essences feuillues tempérées (noyer hybride, peuplier et robinier) provenant de systèmes agroforestiers (AF) et de parcelles forestières témoins (FC) ont été comparées, essence par essence. La croissance secondaire des arbres agroforestiers s’est révélée être plus rapide que celle des témoins forestiers, traduisant la présence d’un phénomène de thigmomorphogénèse plus important lié au régime de vent subis par les arbres agroforestiers. L’influence des conditions de croissances sur les propriétés physico-chimiques des noyers et des peupliers (AF et FC) a ensuite été analysée. Si la teneur en composés extractibles du bois des noyers ne diffère pas en fonction du traitement sylvicole, des analyses réalisées par imagerie hyperspectrale NIR ont mis en évidence des différences de composition chimique entre les noyers agroforestiers et forestiers, notamment en terme d’extractibles et de teneur en lignine. Chez le peuplier, un taux de lignine plus faible a été observé dans les bois issus de la parcelle agroforestière comparé à celui des bois du témoin forestier, ce qui est assimilé à une présence plus importante de bois de flexion chez les peupliers agroforestiers. Par la suite, des analyses comparatives de certaines propriétés physiques, entre les peupliers AF et les peuplier FC, ont montré que les peupliers agroforestiers présentent des taux d’humidité moyens et une proportion d’aubier et de bois de faux-cœur plus faibles que pour les peupliers témoins. Par ailleurs, la densité moyenne du bois de ne diffère pas en fonction du traitement sylvicole. Pour finir, la qualité du bois de peuplier agroforestier vis-à-vis du déroulage et de sa valorisation dans la filière des produits techniques bois a été évalué. Les peuplier AF et FC ont été déroulés. Les placages obtenus ont été caractérisés et comparés en fonction de la provenance des bois. Pour chaque provenance, des panneaux de Lamibois ensuite été conçus, puis caractérisés mécaniquement par des essais de flexion 4-points. Les résultats obtenus, mis en relation avec certaines propriétés physiques du bois telles que l’angle des microfibrilles des parois cellulaires et la densité du bois, ont montré que les peupliers AF possèdent des propriétés mécaniques supérieures à celles des peupliers FC. Les peupliers AF s’étant adaptés à la flexion induite par le vent au cours de leur croissance, ils ont produit un bois de plus gros diamètre avec des propriétés mécaniques plus élevées que celles des bois issus du système forestier témoin, ce qui fait de lui une bonne ressource pour une valorisation sous forme de matériaux reconstitués suite au déroulage.Ainsi, ce travail de doctorat apporte des connaissances nouvelles, contribuant à une meilleure compréhension vis-à-vis du développement et de la croissance des arbres en milieu agroforestier et sur les propriétés de leur bois. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent une première approche en terme de voie de valorisation des arbres agroforestiers au sein de la filière bois