L’instrumentation de plus en plus poussée des systèmes mécaniques (aéronautique, automobile,…) impose une utilisation croissante des connecteurs électriques. Cependant, leur environnement de fonctionnement (sollicitations chimiques et vibratoires) peut entrainer une dégradation plus ou moins sévère des contacts électriques limitant ainsi le passage du courant. Pour limiter cette dégradation et assurer la stabilité des connexions, des revêtements d’or sont couramment appliqués au niveau des contacts. Cependant, la conjecture économique et le coût très élevé de l’or nécessite de trouver une alternative moins chère. Parmi les métaux conducteurs, l’argent est aujourd’hui le meilleur candidat. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier la réponse électrique et l’endommagement de dépôts argent soumis à des sollicitations de fretting. Pour cela, ces travaux de recherche ont été abordés selon trois axes. Le premier axe a permis une étude complète d’un contact homogène argent/argent afin d’identifier les mécanismes de dégradation responsables de la rupture électrique aussi bien en fretting qu’en glissement alterné. Il a aussi été possible, par une approche énergétique, de mettre en place un modèle prédictif permettant d’extrapoler les durées de vie du contact selon différents paramètres de chargement. Une étude complémentaire a également montré l’impact d’une atmosphère corrosive à base de soufre sur les contacts électriques en argent. Le second axe a permis, quant à lui, d’étudier le comportement tribologique et électrique de nouveaux matériaux à base d’argent développés dans le but de remplacer les dépôts dorés. L’analyse de ces contacts homogènes a permis de mettre en évidence les mécanismes de dégradation et les comportements mécaniques des contacts soumis à des environnements humides. Dans le dernier axe, une étude a été menée sur ces mêmes matériaux à base d’argent mais en configuration hétérogène contre un dépôt d’or afin d’identifier le comportement tribologique et électrique de ces contacts quand ils sont composés par des matériaux avec des propriétés similaires ou opposées. / Advanced instrumentation in mechanical systems (aeronautical, automobile etc…) goes hand in hand with an ever increased use of electrical connectors. However, the unfavorable operating environment (chemical attack and vibrational loads) causes more or less severe degradation of electrical contacts, which in turn perturbs their electrical conductivity. Gold plating is usually applied in electrical contacts in order to limit damage and to ensure connector stability. However, economic constraints and the high cost of gold require cheaper alternatives. Amongst conductive metals, silver is the best candidate. Hence, the purpose of this PhD project is to investigate the electrical response and the degradation of silver coatings when subjected to fretting loadings. The study is divided into three main research axes. The first axis consists in realizing a complete study of a homogeneous silver/silver contact in order to identify the degradation mechanisms that are responsible for the electrical failure, both in fretting loadings and reciprocating sliding. It was possible to formalize a predictive model, using an energy density approach, allowing to extrapolate the lifetime of the contact as a function of various loading parameters. A complementary study also showed the impact of a corrosive sulfur atmosphere on these electric contacts. As part of the second research axis, an investigation of the tribological and electrical behavior of novel silver-based materials, solely synthesized as a gold replacement, was performed. The analysis of these homogeneous contacts allowed to explain the degradation mechanism and the mechanical behavior of these contacts when subjected to a wet environment. In the last research axis a study was led on the same silver-based materials but in a heterogenous configuration against a gold coating in order to identify the tribological and electrical behavior of these contacts when composed by materials with similar or opposite properties.

The aim of this thesis is to evaluate different repowering alternatives from the viewpoint of increasing power production from existing offshore wind farms (OWF), as some of the first commissioned OWFs are approaching the end of their expected lifetime. The thesis presents a literature review of components and financial aspects that are of importance for repowering of OWFs. In the literature review, risks and uncertainties regarding repowering are also lifted and analysed. The thesis contains a case study on Horns Rev 1 OWF, where three different repowering scenarios are evaluated by technical and financial performance, aiming to compare the cost of repowering alternatives. The design of the case study is based around previous studies of offshore repowering having focused mainly on achieving the lowest possible levelized cost of energy (LCoE) and highest possible capacity factor, often resulting in suggested repowering utilizing smaller wind turbines than the existing ones. In order to evaluate the financial viability of repowering alternatives, the software RETScreen Expert was used to estimate the annual energy production (AEP) after losses and calculate the net present value (NPV) and LCoE for lifetime extension and full repowering utilizing different capacity wind turbines. Input values from the literature as well as real wind resource measurements from the site was utilized to achieve as accurate results as possible. The result of the case study shows that repowering of OWFs have the possibility of providing a very strong business case with all scenarios resulting in a positive NPV as well as lower LCoE than the benchmarked electricity production price. Although the initial investment cost of the different repowering alternatives presented in this thesis still are uncertain to some extent, due to the lack of reliable costs for repowering alternatives, this thesis provides a base for further research regarding the repowering of OWFs.

Ces travaux s’intègrent dans la recherche de solutions alternatives aux alliages de brasure pour les assemblages de puissance. De par les propriétés intrinsèques de l’argent et les premiers travaux publiés, le frittage de pâte d’argent a été sélectionné comme technique d’assemblage pour être étudiée et évaluée. Après avoir effectué un état de l’art sur la structure d’un module de puissance, sur les différentes techniques d’assemblage, la fiabilité des assemblages et le frittage, différents essais ont été menés en partenariat avec les projets FIDEA et ASPEEC. Ils nous ont permis de définir des procédés d’assemblages, de caractériser thermiquement et mécaniquement les assemblages frittés et d’évaluer la fiabilité de ces assemblages par des essais expérimentaux et des simulations numériques. Ces travaux nous ont permis au final de réaliser un prototype d’assemblage double face fonctionnel aux propriétés thermomécaniques supérieures à celles d’un assemblage brasé. / This work is part of the research for lead-free die-attach solutions for power modules to offer a solution to the European directive RoHS, which banishes lead in electrical and electronic equipments. The intrinsic silver properties and the previous work published helped us choose silver sintering as the die-attach technology to be tested and evaluated in our work. After a state of the art on power module structure, on different die-attach technologies and on power module reliability, various works have been carried out in collaboration with the FIDEA and ASPEEC projects. Through experimental tests and finite element modeling analysis (FEM), die-attach processes have been defined, thermal and mechanical characterizations and reliability assessment of silver sintered power modules have been done. Finally, a silver sintered rectifier bridge double side assembly with higher thermomechanical properties than a lead-solder die-attach assembly was developed as final prototype.

Les systèmes d’imagerie médicale, principalement les systèmes à rayons X, sont devenus incontournables dans le diagnostic et le traitement des maladies complexes. Le générateur à rayons X fait partie des sous-systèmes critiques d’un système à rayons X. La technologie des générateurs à rayons X se complexifie et les contraintes vues par les composants augmentent. L’évaluation de la fiabilité du générateur à rayons X est par conséquent nécessaire afin d’optimiser la durée de vie de ce dernier. Dans ces travaux de thèse, une méthodologie d’évaluation de la fiabilité d’un générateur à rayons X est proposée. La méthodologie repose sur l’évaluation de la fiabilité allant du composant au système. Des essais de vieillissement sont d’abord réalisés au niveau des composants critiques du générateur afin d’identifier les mécanismes de défaillance et de construire les courbes de durée de vie permettant d’effectuer une prévision de fiabilité. Les paramètres du recueil de fiabilité FIDES ont aussi été utilisés pour construire les courbes de durée de vie des composants critiques. Une méthode de prévision de la fiabilité basée sur l’hypothèse du dommage cumulé avec la règle de Miner est proposée pour évaluer la durée de vie des composants critiques sous contraintes thermomécaniques. Cette méthode utilise les règles de comptage rainflow pour obtenir une distribution des différences de température vues par les composants critiques. Une association de fiabilité permet enfin d’estimer la durée de vie de chaque sous système du générateur à rayons X à travers ses composants critiques. / Medical imaging systems, mainly X-rays imaging systems, have become essential in the diagnosis and treatment of complex diseases. X-rays generator is one of the critical subsystems of a medical system. Its technology became more complex and constraints seen by the components increase. An assessment of X-rays generator reliability is therefore necessary to optimize its lifetime. In this thesis, a reliability assessment method of an X-rays generator is proposed. The methodology is based on the assessment of the reliability from component to system. Aging tests are first performed for X-rays generator critical components in order to identify failure mechanisms and build lifetime curves for performing reliability prediction. FIDES guide parameters were also used to construct critical components lifetime curves. A reliability prediction method based on the assumption of cumulative damage with Miner's rule is proposed to evaluate critical components lifetime under thermomechanical stresses. This method uses rainflow counting rules for the temperature cycles distribution of critical components. A reliability block diagram is finally used to estimate the lifetime of each X-ray generator subsystem through its critical components.

Les composants dédiés et actuellement disponibles pour le marché automobileprésentent une grande diversité technologique tant au niveau puce que stratégie de packaging ouencore architecture module (mono-puce ou multi-puce) pour des performances équivalentes. Cetteétude s’est attachée à développer une méthodologie d’évaluation de la fiabilité de deux filièrestechnologiques particulières de modules de LEDs multi-puce : l’une intègre une technologie verticale(VTF pour Vertical Thin Film) tandis que la seconde est focalisée sur une structure par puce montéeretournée(TFFC pour Thin Film Flip Chip). La méthodologie s’articule autour de trois principaux axes:· La connaissance des structures et le développement de modèles électro-optiques et thermiquesmulti-puce permettant d’extraire les paramètres clés à suivre au travers d’un panel varié detechniques d’analyse physique et non-destructives incluant les aspects électriques, optiques,thermiques….· Une analyse comportementale de robustesse par paliers afin de dégager les margesopérationnelles de fonctionnement ainsi que les modes et les signatures caractéristiques dedéfaillance.· Une étude de fiabilité conduite à partir de différents régimes de contraintes accélérées pourestimer les durées de vie moyennes de ces nouveaux composants en environnement automobileet l’impact au niveau système.Les résultats mettent en évidence une durée de vie très dépendante de la filière technologique(facteur 6 entre les deux filières étudiées). Les analyses de défaillance ont permis d’identifierprécisément les comportements de ces nouvelles sources d’éclairage pour dégager des indicateursprécoces de défaillance. Enfin, des préconisations ont été extraites afin de fiabiliser les futursprojecteurs à sources LEDs de puissance pour les applications en automobile. / With rapid development of Lighting Emitting Diode (LED) market, LED performancesare now suitable for automotive high beam / low beam lighting applications. Due to the need of UltraHigh Brightness (UHB-LEDs), LEDs are packaged on high thermal conductivity materials to obtainmultichip module (4 chips in series), which deliver up to 1000 lumens at 1A. Currently, several LEDtechnologies are commercially offered for the same performances, and different packaging strategieshave been implemented in terms of chip configuration, bonding, down conversion phosphor layerand mechanical protection to optimize performances. This study addresses a dedicated methodologyfor reliability analysis, applied on two LED chip packaging technologies: On the one hand, a VerticalThin Film (VTF) technology; on the other hand a Thin Film Flip Chip (TFFC). Our methodology is basedon 3 main items: Packaging technology structure, materials analysis and electro-optical and thermal multichipmodels for both technologies to understand and extract the key parameters to monitor duringageing tests. Robustness assessment tests to define operating margins, adjust accelerated life-testingconditions, and identify failures signatures. Reliability study through a 6 000 hours High Temperature Operating Life (HTOL) acceleratedtests, to predict the Mean Time To Failure (MTTF) of these new light source technologiesregarding the automotive mission profile. Linked to failure analysis, convincing failuremechanisms are proposed.Based on these results, parametric variations are compared to failure analysis results topropose failure mechanisms. The HTOL tests reveal that both LED technologies have their specificreliability behavior and failure modes: catastrophic failure and gradual failure. Predictive lifetimeestimations (L70B50) of these multichip modules give a factor 6 between both technologies.Beyond these reliability results, the multichip architecture brings new issues for Solid StateLighting (SSL) sources in automotive, as well as partial failure or unbalanced behavior after stress.These new issues are discussed through the behavior modeling of a 10 LED modules batch for bothfailure modes. Modeling results demonstrate that the predictive lifetime of a LED multichiparchitecture is directly related with the LED technology failure mode.

In dieser Arbeit wird das Stickstoff-Fehlstellenzentrum (NV Zentrum) in Diamant als ein solcher Einzelphotonenemitter untersucht. Durch Benutzung eines hybriden Ansatzes werden hier NV Zentren in Diamantnanopartikeln in photonische Strukturen integriert. Zuerst wird eine aufnehmen-und-ablegen-Nanomanipulationstechnik mittels eines Rasterkraftmikroskops verwendet um einzelne NV Zentren an eine photonische Kristallkavität und eine optische Faser zu koppeln. Durch Kopplung an die photonische Kristallkavität wird die Emission der Nullphononenlinie des NV Zentrums um den Faktor 12.1 erhöht und durch Kopplung an die optische Faser entsteht eine direkt gekoppelte Einzelphotonenquelle hoher effektiver numerischer Apertur. Durch Kopplung an plamonische Wellenleiter können einzelne Oberflächenplasmon-Polaritonen nachgewiesen werden. Zweitens wird ein anderer Ansatz, die Entwicklung eines hybriden Materials, verfolgt. Hier sind die Nanodiamanten, anstatt sie auf die Strukturen von Interesse zu legen, von Anfang in dem Material enthalten, aus dem die Strukturen hergestellt werden. Mittels direktem Zweiphotonen-Laserschreiben ist es dann möglich, Kombinationen aus chipintegrierten Wellenleitern, Resonatoren und Einzelphotonenemittern zu zeigen. Um mehr über die Dynamik von NV Zentren in Nanodiamant zu erfahren und Wege zu ihrer Verbesserung zu finden, wird die Dynamik der Nullphononenlinie des NV Zentrums mittels eines Photonenkorrelationsinterferometers untersucht. Zusätzlich zu Techniken zur Herstellung photonischer und plasmonischer Strukturen werden auch Methoden zu ihrer Charakterisierung benötigt. Hier für kann es ausgenutzt werden, dass das NV Zentrum weiter nicht nur ein Einzelphotonenemitters ist, sondern es ebenso als Sensor verwendet werden kann. Das NV Zentrum wird hier verwendet, um die lokale optische Zustandsdichte in einem Rastersondenverfahren zu messen, was die Technik der dreidimensionalen Quantenemitter Fluoreszenzlebensdauermikroskopie einführt. / In this thesis, one of such single photon emitters, the nitrogen vacancy centre (NV centre) in diamond, will be examined. By using different hybrid approaches, NV centres in diamond nanoparticles are integrated into photonic structures. Firstly, using a pick-and-place nanomanipulation technique with an atomic force microscope, a single NV centre is coupled to a photonic crystal cavity and an optical fibre. Coupling to the photonic crystal cavity results in an enhancement of the NV centre''s zero phonon line by a factor of 12.1 and coupling to the fibre yields a directly coupled single photon source with an effective numerical aperture of 0.82. By coupling to plasmonic waveguides, the signature of single surface plasmon polaritons is found. Secondly, instead of placing the nanodiamonds on the structures of interest, a hybrid material where the emitters are incorporated is used. With two-photon direct laser writing, on-chip integration and combination of waveguides, resonators, and single photon emitters is demonstrated. In order to learn more on the dynamics of NV centre in nanodiamonds and find ways for improvements, the dynamics of the ultra-fast spectral diffusion of the NV centre''s zero phonon line are investigated using a photon correlation interferometer. In addition to techniques for the fabrication of photonic and plasmonic structures, also methods for their characterisation are needed.For this, it can be exploited that the NV centre also is not only a single photon emitter, but can also be employed as a sensor. Here, the NV centre is used to measure the local density of optical states in a scanning probe experiment, establishing the technique of three-dimensional quantum emitter fluorescence lifetime imaging.

The dye-sensitized solar cell (DSC) is a promising efficient low-cost molecular photovoltaic device. One of the key components in DSCs is the dye, as it is responsible for the capture of sunlight. State-of-the-art DSC devices, based on ruthenium dyes, show record efficiencies of 10-12 %. During the last decade, metal-free organic dyes have been extensively explored as sensitizers for DSC application. The use of organic dyes is particularly attractive as it enables easy structural modifications, due to fairly short synthetic routes and reduced material cost. Novel dye should in addition to the light-harvesting properties also be compatible with the DSC components. In this thesis, a series of new organic dyes are investigated, both when integrated in the DSC device and as individual components. The evaluation methods consisted of different electrochemical and photoelectrochemical techniques. Whereas the light-harvesting properties of the dyes were fairly easily improved, the behavior of the dye integrated in the DSC showed less predictable photovoltaic results. The dye series studied in Papers II and IV revealed that their dye energetics limited vital electron-transfer processes, the dye regeneration (Paper II) and injection quantum yield (Paper IV). Further, in Papers III-VI, it was observed that different dye structures seemed to alter the interfacial electron recombination with the electrolyte. In addition to the dye structure sterics, some organic dyes appear to enhance the interfacial recombination, possibly due to specific dye-redox acceptor interaction (Paper V). The impact of dye sterical modifications versus the use of coadsorbent was explored in Paper VI. The dye layer properties in the presence and absence of various coadsorbents were further investigated in Paper VII. The core of this thesis is the identification of the processes and properties limiting the performance of the DSC device, aiming at an overall understanding of the compatibility between the DSC components and novel organic dyes. / QC 20100730

We all want to live in a healthy community. Each of us has his or her own image of what such a community should look like. That image is shaped, in part, by our reaction to the communities in which we now live or used to live. However we often take for granted the elements of communities that enable and sometimes disable many of us to remain active in a community for a lifetime. For older residents, a lifelong community would include elements that help them to maintain independence and quality of life. The physical characteristics of a community often play a major role in facilitating our personal independence. In order to combat the growing challenges and health concerns facing the American lifestyle this research proposes a set of design guidelines that promote sustainable lifelong communities that are universally designed for people of all ages and levels of physical ability. The purpose of developing a set of universal design guidelines for lifelong communities is to alleviate many of the physical barriers and challenges that prevent some Americans from active involvement in the community. The methods employed to develop these guidelines were based on literature review and analysis. This research was incorporated into a new body of practical standards that was tested against a real life community in Decatur, Georgia. These standards were edited and revised to appropriately accommodate the necessary adaptations that were discovered during the evaluation phase. The resultant guidelines are presented with the intention of becoming a usable guide for planning agencies such as the Atlanta Regional Commission and other local and national community design facilitators.

Im Beitrag werden drei Methoden für den Entwurf und die Bemessung von Textilbetonverstärkungen vorgestellt. Für eine Vorbemessung wird die Variantenuntersuchung angewendet, z.B. für die Bestimmung der Anzahl an Textillagen. Für die Festlegung von Realisierungen mehrerer kontinuierlicher Entwurfsvariablen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Entwurfsziele und Entwurfsnebenbedingungen werden die Fuzzy-Optimierung und die direkte Lösung der Entwurfsaufgabe skizziert. Mit der Fuzzy-Optimierung werden Kompromisslösungen für die multikriterielle Entwurfsaufgabe ermittelt. Die direkte Lösung basiert auf der explorativen Datenanalyse von Punktmengen, die als Ergebnis einer unscharfen Tragwerksanalyse vorliegen, und liefert Bereiche – sog. Entwurfsteilräume – als Grundlage für die Auswahl des Entwurfs.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Bauelemente, die auf der Basis von sog. akustischen Oberflächenwellen, in der Fachsprache üblicherweise mit dem Begriff SAW (surface acoustic wave) bezeichnet, arbeiten. In den vergangenen ca. 40 Jahren haben SAW-Bauelemente einen außerordentlich starken Aufschwung erlebt. Den Beginn markierte ein neuartiger Zwischenfrequenz-Filter für Fernsehgeräte am Ende der 1960er Jahre. Heute finden sich unterschiedliche Arten dieser Bauelemente in nahezu jedem Bereich unseres täglichen Lebens wieder. Als Beispiele können hier allgemein die draht-, funk- und fasergestützte Daten- und Signalübertragung und im Speziellen Mobil- und Schnurlostelefone oder Fernbedienungen genannt werden. Inzwischen sind auch neue Anwendungen in der Sensorik sowie der Identifikationstechnik hinzugekommen. Es gibt für SAW-Bauelemente eine Entwicklung hin zu höheren Arbeitsfrequenzen, steigenden Leistungen, erhöhter Zuverlässigkeit, weiterer Miniaturisierung und zunehmender Modulintegration, wobei alle Anforderungen bei gleichzeitig sinkenden Herstellungskosten realisiert werden müssen. Dabei zeichnet sich ab, dass mit den herkömmlichen Herstellungstechnologien nicht alle Bedürnisse erfüllt werden können. So ist z.B. die Lift-off-Technik, mit der ein Großteil der Bauelemente hergestellt wird, nicht auf beliebig kleine Strukturen anwendbar. Eine Alternative bildet die sog. Damaszentechnologie, die auch zur Herstellung modernster Mikroprozessoren eingesetzt wird. Dabei werden die Metallelektroden anstatt auf dem Substrat aufzuliegen, in das Substrat eingelassen, woraus sich für zukünftige SAWBauelemente Vorteile ergeben können, wie z.B. eine erhöhte Leistungsbeständigkeit, kostengünstige Abscheideverfahren, eine Reduktion der Strukturgrößen und eine planare Oberfläche. Das Ziel der vorliegenden Arbeit liegt darin, die Damaszentechnologie erstmalig auf SAW-Strukturen anzuwenden und mit den Vorteilen der Cu-Technologie zu kombinieren. Als inhaltliche Schwerpunkte wurden die Herstellung von Demonstratorbauelementen und die Bewertung der Prozessschritte, die Eigenschaftsbestimmung der Strukturen sowie deren Schädigungsverhalten bei Leistungsbelastung definiert.