Resin infusion-based processes are good candidates for manufacturing thin composite materials parts such as those used in aeronautics for instance. These processes consist in infusing a liquid resin into a stacking of fibrous preforms under the action of a mechanical pressure field applied onto this stacking where a stiff- distribution medium is also placed to create a resin feeding. Both physical and mechanical properties of the final pieces are rather difficult to predict and control. Numerical simulation are perfectly suited to master these processes. In the present work a numerical finite element modeling framework is proposed to simulate infusion processes. The flow of the assumed Newtonian resin is described in the distribution medium, a highly porous medium, through Stokes' equations and through Darcy's equations in the fibrous preforms, very low permeability media. This coupled Stokes-Darcy flow is modeled in a monolithic approach which consists in using a single mesh for both media. The mixed velocity- pressure formulation is then discretized by linear-linear finite elements, stabilized by a so-called ASGS multi-scale approach. Both Stokes-Darcy interface and fluid front are represented individually thanks to "Level-Set" functions, and some specific coupling conditions are prescribed on the interface separating both fluid and porous media. During the process, orthotropic preforms undergo finite strains, either during the compaction stage when resin is not yet present, or during resin infusion. Resin pressure then tends to make the preforms swell. Preforms deformations are represented through an updated Lagrangian formulation for finite deformations. Dry preforms possess a non-linear elastic behaviour in their transverse direction - across their thickness- given by existing experimental measurements. The effect of the presence of resin in the wet preforms is accounted for using a Terzaghi's equivalent model. Also, when preforms deform their porosity will change, and so will their permeability, modifying the resin flow. A Carman-Kozeny model is then used to relate porosity and permeability. After the Stokes-Darcy coupling is validated both on numerous tests cases and using the method of manufactured solutions, various 2D and 3D simulations of injection and infusion-based processes are analyzed.The latter includ- ing preform deformations along with resin flow. Comparisons with existing experimental measurements permit to validate the approach on a simple geometry. Last, some ex- tensions to more complex 3D cases are proposed as outlooks, including curvatures and thickness variations.

Many organic electronic and bioelectronics devices rely on mixed (electronic and ionic) transport within a single organic layer. Although electronic transport in these materials is relatively well understood, a fundamental understanding of ion transport is missing. I developed a simple analytical model that describes ion transport in a planar junction between an electrolyte and a conducting polymer film. The model leads to predictions of the temporal evolution of drift length of ions and current. These predictions are validated by numerical simulations and by using realistic parameters, I show that the analytical model can be used to obtain the ion mobility in the film. Furthermore, I developed an experimental method which allows the application of the analytical model and leads to a straightforward estimation of the ion drift mobilities in conducting polymers. PEDOT:PSS was found to support efficient transport of common ions, consistent with extensive swelling of the film in water. Crosslinking the film decreased its swelling and the ion mobility. Understanding the high correlation of hydration and ionic conductivity enables us to engineer materials with high and defined ion mobilities. As an example tuning of ion mobility by adjusting the relative ratio of the hydroscopic phase to PEDOT:TOS is presented. Finally I performed electrochemical impedance spectroscopy during a moving front experiment, in order to give a physical interpretation of the impedance spectra at a conducting polymer/electrolyte junction.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la Chaire Industrielle Bioplastiques, financé par MINES ParisTech et cinq entreprises partenaires : Arkema, L'Oréal, Nestlé, PSA Peugeot-Citroën et Schneider Electric, qui vise à développer de nouveaux matériaux biosourcés durables. L'objectif global de la thèse est de trouver de nouvelles propriétés à une ancienne famille de plastiques biosourcés - les esters de cellulose - en les mélangeant avec une polyoléfine. Nous avons débuté l'étude par une étape de screening qui nous a permis de caractériser l'ester de cellulose retenu (acétobutyrate de cellulose ou CAB) et de définir l'objectif de la thèse : améliorer la résistance au choc du CAB en y ajoutant une phase polyoléfinique finement dispersée. Le CAB est, en effet, particulièrement fragile : sa résilience est inférieure à 2 kJ/m² lors d'un choc Charpy entaillé. Pour diminuer la taille de nodules de la phase dispersée et la distance qui les sépare, deux approches ont été utilisés. Premièrement, plusieurs mélanges de CAB et de polyéthylènes (PE) de densités différentes ont été préparés par mélangeur interne. Des compatibilisants maléisés ont été utilisés pour diminuer la tension interfaciale entre les phases. Les tailles des nodules, mesurées par microscopie électronique à balayage se sont classées suivant les rapports de viscosité et d'élasticité (PE/CAB), mesurés par rhéométrie dynamique. La résilience de ces mélanges a été augmentée par rapport au CAB mais n'a pas dépassé 6 kJ/m². Dans la seconde approche, des polyoléfines fonctionnalisées (maléisées) ont été utilisées comme unique phase dispersée. La fonctionnalité accrue a permis d'améliorer l'adhésion interfaciale. La taille des nodules et leur espacement ont été considérablement réduits. Les mélanges sélectionnés ont été préparés par extrusion bi-vis et les éprouvettes de résistance au choc ont été préparées par injection. Pour quelques formulations, une longueur moyenne de ligaments de matrice (séparant deux nodules voisins) particulièrement petite (0,1 µm) a permis d'atteindre la transition fragile-ductile du matériau et une résilience supérieure à 60 kJ/m².

The need to ignite within a very short time the aircraft engines led to many studies. However, the ignition process is not yet fully understood. Many experimental studies are based on obtaining ignition probability at different points and in different average flow conditions but few have focused on the study of a single ignition event. The reason for the lack of full understanding is transient nature of the the ignition process, which depends on many physical parameters, before, during and after the deposition of spark energy. The purpose of this study is to develop the tools necessary to understand unique events by simultaneously measuring multiple parameters that affect the ignition process. A new technique of measurement, two-dimensional laser-induced plasma spectroscopy (2D-LIPS) was developed for the spatially resolved concentration gradients of species and energy in a laser-induced plasma. This technique is based on the use of two cameras, each provided with an interference filter centered on a transition atomic emission. This technique provides the initial size of plasma containing the minimum fuel concentration, thereby justifying the success/failure of an event. It was first validated in a mixing layer of air/nitrogen mixture to determine and resolve the spatial uncertainty of the technique. It was then applied to an aviation fuel injection system. The flow of air, preheated to 200_C, was set at 10 g/s and drops of dodecane having a Sauter mean diameter between 30 and 40 _m were inserted. This injector has a aerodynamic instability type Precessing Vortex Core around 550 Hz, measured by 2D-PIV on the droplets at 20 kHz. Simultaneous measurements 2D-LIPS and 2D-PIV at 20 kHz have established a scenario of ignition. A minimum concentration of dodecane and a minimum size of plasma are necessary but not sufficient for a successful ignition. The strength of PVC also appears to play a role in the fate of the initial nucleus. The study proposes to establish conditional probabilities of ignition using measurements by 2D LIPS. It is shown that for ignition tests having an unconditioned probability of 33% show a conditional probability of 88% through the 2D-LIPS measurements.

This thesis is devoted to the calculation of thermal contact resistance in various molecular systems based on carbon nanotubes (CNTs) and few layer graphene (FLG). This work has been performed through equilibrium molecular dynamics (EMD) simulations. We adopted the temperature difference fluctuations method in our EMD calculations. This method only needs the input of the temperatures of the subsystems whereas the heat flux, which is involved in all the other approaches, remains more difficult to compute in terms of simulation time and algorithm. Firstly, three cases were studied to validate this method, namely: (i) Si/Ge superlattices; (ii) diameter modulated SiC nanowires; and (iii) few-layer graphenes. The validity of the temperature difference fluctuations method is proved by equilibrium and non-equilibrium MD simulations. Then, by using this method, we show that an azide-functionalized polymer (HLK5) has a lower contact resistance with CNT than the one between CNT and PEMA, because HLK5 could form covalent bonds (C-N bonds) with CNT through its tail group azide, while only weak Van der Waals interactions exist in the case of CNT-PEMA contact. The data from our EMD simulations match with the results from experiments in a reasonable range. We then report the thermal contact resistance between FLG and a SiO2 substrate, which could be tuned with the layer number. Taking advantage of the resistive interface, we show that a SiO2 /FLG superlattices have a thermal conductivity as low as 0.30 W/mK, exhibiting a promising prospect in nano-scale thermal insulation. In the last part, we investigated the layer number dependence of the cross-plane thermal resistances of suspended and supported FLGs. We show that the existence of a silicon dioxide substrate can significantly decrease the cross-plane resistances of FLGs with low layer numbers, and the effective thermal conductivities were increased accordingly. The Frenkel-Kontorova model was introduced to explain the substrate-induced band gaps in FLG dispersion relations and the corresponding thermal energy transfer. The enhanced thermal conduction in the cross-plane direction is ascribed to the phonon radiation that occurs at the FLG-substrate interface, which re-distributes the FLG in-plane propagating energy to the cross-plane direction and to the substrate.

If radiation plays an important role in many engineering applications, especially in those including combustion systems, influence of radiation on turbulent flows, particularly on the turbulent boundary layers, is still not well known. The objective is here to perform a detailed study of radiation effect on turbulent flows. An optimized emission-based reciprocal (OERM) approach of the Monte-Carlo method is proposed for radiation simulation using the CK model for radiative gas properties. OERM allows the uncertainty of results to be locally controlled while it overcomes the drawback of the original emission-based reciprocity approach by introducing a new frequency distribution function that is based on the maximum temperature of the domain. Direct Numerical Simulation (DNS) has been performed for turbulent channel flows under different pressure, wall temperatures and wall emissivity conditions. Flow field DNS simulations are fully coupled with radiation simulation using the OERM approach. The role of radiation on the mean temperature field and fluctuation field are analyzed in details. Modification of the mean temperature profile leads to changes in wall conductive heat fluxes and new wall laws for temperature when radiation is accounted for. The influence on temperature fluctuations and the turbulent heat flux is investigated through their respective transport equations whose balance is modified by radiation. A new wall-scaling based on the energy balance is proposed to improve collapsing of wall-normal turbulent flux profiles among different channel flows with/without considering radiation transfer. This scaling enables a new turbulent Prandtl number model to be introduced to take into account the effects of radiation. In order to consider the influence of radiation in the near-wall region and predict the modified wall law, a one-dimensional wall model for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The 1D turbulent equilibrium boundary layer equations are solved on an embedded grid in the inner layer. The obtained wall friction stress and wall conductive flux are then fed back to the LES solver. The radiative power term in the energy equation of the 1D wall model is computed from an analytical model. The proposed wall model is validated by a comparison with the former DNS/Monte-Carlo results. Finally, two criteria are proposed and validated. The first one is aimed to predict the importance of wall radiative heat flux while the other one predicts whether a wall model accounting for radiation in the near wall region is necessary. A parametric study is then performed where a k-ǫ model and a turbulent Prandtl number model are applied to simulate the velocity and temperature field of different channel flows under various flow conditions. The obtained criteria values are analyzed and compared.

En conception distribuée, dans la phase du dimensionnement du produit, des incohérences peuvent émerger entre les objectifs de conception et entre les procédures de travail des sous-systèmes hétérogènes. Dans cette phase, les acteurs de conception doivent collaborer d'une manière concourante, car leurs tâches sont reliées les unes aux autres par les couplages de dimensionnement entre leurs sous-problèmes. Les incohérences peuvent provoquer des conflits de conception en raison de ces couplages. La question est de savoir comment obtenir une convergence collaborative pour satisfaire les objectifs globaux et individuels des acteurs de conception lorsque ces acteurs prennent des décisions de conception sous incertitude. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle pour empêcher et résoudre les conflits de conception, tout en surmontant le problème de l'incertitude de la conception avec l'approche de " conception basée sur les ensembles " (SBD). Pour cela, les attitudes de conception sont modélisées avec le paradigme " Croyances-Désirs-Intentions " afin d'explorer les incohérences et gérer les conflits dans les processus de conception. L'approche ascendante conventionnelle est ainsi étendue grâce à des techniques de modélisation multi-agents. Dans cette approche, les agents de conception peuvent fixer des exigences directement sur leurs indicateurs de " bien-être ". Ces indicateurs représentent la manière dont leurs objectifs de conception sont susceptibles d'être satisfaits à un moment donné du processus. Des simulations de Monte Carlo sont effectuées pour évaluer la performance de cette approche, offrant une variété d'attitudes de l'agent. Par rapport aux approches classiques de conception ascendante et descendante, les résultats révèlent moins de conflits de conception et une intensité des conflits réduite. Les techniques de " problème de satisfaction de contraintes " (CSP) et les attitudes de conception sont appliquées pour détecter et justifier des conflits de conception entre les agents hétérogènes. Une nouvelle forme du modèle " Cooperative CSP " (CoCSP) est ainsi mise au point afin de résoudre les conflits de conception en détectant le compromis entre les contraintes. Le système de résolution des conflits peut être adopté grâce à différentes stratégies proposées qui prennent en compte l'architecture de solidarité des agents. Les résultats des simulations montrent que l'intensité des conflits en conception distribuée est réduite par la promotion de la solidarité qui déclenche une aide aux agents en souffrance.

Avec l'homogénéisation d'un mode de développement à l'image de celui des pays occidentaux les ressources terrestres sont de plus en plus mises à mal rendant de plus en plus urgent un développement durable. Pour atteindre un tel développement, il est nécessaire d'intégrer la dimension environnementale dès les premières étapes du processus de conception de produits. De nombreux outils d'écoconception ont été développés pour satisfaire aux conditions du développement durable. Cependant, ces outils ne sont généralement pas adaptés à la conception de systèmes mécaniques complexes car soit trop spécifiques soit trop généraux ou reposent sur des règles empiriques souvent invérifiables. C'est pourquoi nous proposons dans ce travail de recherche de mettre en place une méthodologie et des outils adaptés à la conception de systèmes complexes. Les travaux effectués nous ont amenés à développer 4 approches méthodologiques permettant à chaque fois d'apporter des réponses aux aspects problématiques identifiés : 1. Les outils d'écoconception actuels sont-ils adaptés à la prise en compte des dimensions multiples de la conception de systèmes ? 2. Comment identifier et hiérarchiser les axes d'amélioration environnemental les plus prometteurs ? 3. Comment déterminer les solutions technologiques adaptées à un système complexe et garantissant la meilleure performance environnementale ? 4. Quelles fonctionnalités pour des performances environnementales optimales pour un système complexe? D'abord, l'approche Pareto/ ACV, introduit dans le chapitre 3, repose sur une simplification du système en considérant que les principales sources d'impact sont générées par une faible partie du système. C'est une approche qui consiste à réaliser une succession d'ACV pour chaque alternative proposée, c'est un processus d'optimisation fastidieux. Toutefois Cette approche fourni des résultats " justes " et est bien adaptée aux raisonnements des concepteurs. En effet par leur expérience du métier et par leur connaissance du produit, le concepteur peut facilement identifier les principaux contributeurs d'impacts. Nous avons, ensuite, développé une approche combinant plans d'expériences et ACV, présentée dans le chapitre 4. Cette approche s'appuie sur une modélisation complète du produit. Le principal apport de la méthode DoE/ ACV est la possibilité de hiérarchiser les paramètres du système en fonction de leur influence sur la performance environnementale du système. Afin de répondre aux limites identifiées lors de l'étude des deux outils précédents nous avons proposé une nouvelle approche basée sur la satisfaction des contraintes (CSP) combinée avec l'ACV et présentée dans le chapitre 5. La phase la plus fastidieuse consiste à modéliser le système (définition des variables de conception, des contraintes du système sous la forme d'équation et des variables de performances que l'on souhaite satisfaire). Il est nécessaire de recueillir des informations sur chaque processus et composants du système, sur la phase d'usage, la maintenance, etc. L'avantage par rapport aux outils précédents est la capacité de l'outil à garantir un ensemble complet de solutions et permet au concepteur de choisir une solution valable selon des variables de performance (amélioration de la performance environnementale selon des indicateurs environnementaux) et contraintes spécifiées lors de la définition du cahier des charges. En complément à l'approche CSP/ ACV, nous avons proposé l'approche EcoCSP, dans le chapitre 6, dans laquelle les spécifications fonctionnelles ne sont plus figées. La méthode ecoCSP permet d'appréhender la configuration de l'architecture produit correspondant à une évolution des performances fonctionnelles. L'approche méthodologique EcoCSP est utilisée pour faire des arbitrages fonctionnels qui modifient l'unité fonctionnelle du système avec les conséquences que cela entraine

L'objectif de cette thèse est de mettre en évidence le comportement à l'échelle microscopique des composés organiques au cours des procédés de traitement de mélanges complexes, en particulier les procédés membranaires. Pour cela des outils expérimentaux et de modélisation ont été mis au point. Les méthodes de caractérisation expérimentale des mélanges complexes et de l'état de surface des solides utilisés sont entre autres la construction d'isothermes d'adsorption et la mesure des tensions interfaciales par la méthode de la goutte posée. Le cas étudié ici est celui de la filtration de solutions modèles de tensioactifs par osmose inverse. Nous avons montré que le comportement des composés organiques (tensioactifs) influence la performance du procédé membranaire et les propriétés de membranes. L'outil de simulation du comportement des composés en phase liquide et à l'interface liquide-solide permettant une description à une échelle plus fine que celle atteignable expérimentalement est la DPD (Dissipative Particle Dynamics). Une première étape a permis de simuler l'agrégation des tensioactifs en solution et de retrouver les valeurs expérimentales des concentrations micellaires critiques et nombres d'agrégation de tensioactifs anioniques. L'étude de l'adsorption des tensioactifs sur une membrane d'osmose inverse a été initiée, avec pour objectif de mettre en évidence l'organisation des composés à l'échelle locale. L'apport des outils développés a été démontré et leur utilisation pourra être approfondie dans des travaux ultérieurs.

Dans une automobile, les composants électriques sont alimentés par un type de générateur électrique particulier : l'Alternateur. Entraîné par le moteur du véhicule, il lui prélève donc de la puissance mécanique. Dans les périodes de chasse au gramme de CO2 que nous connaissons, la puissance prélevée au moteur doit être minimisée pour ne pas pénaliser sa consommation. Or les besoins électriques du réseau de bord et des systèmes (éclairage, ventilation, servitudes, contrôle moteur, etc.) sont imposés par l'équipement du véhicule. Il est apparu que dans les cas où l'alternateur est fortement sollicité, des pertes de performances peuvent être imputées au circuit d'excitation de la machine. Il comporte deux contacts électriques glissants balai-bague qui ont été incriminés. Du point de vue théorique aucun élément ne permettait d'expliquer les augmentations brutales de résistance de ces contacts, nous avons donc développé une méthode de mesure originale destinée à rechercher des paramètres influents sur leurs variations. Il nous a été impossible de faire une mesure de l'épaisseur film de transfert et d'identifier les quantités de graphite, nature et quantité des oxydes en présence dans le film. Cependant, nous avons estimé la pertinence de l'hypothèse du rôle de l'oxydation et avons surtout pu isoler le rôle du film de transfert dans l'expression des résistances de contact. Nous avons, de plus, mis en évidence la corrélation existant entre les résistances de contact et le coefficient de frottement pour les deux contacts.