Face à l'augmentation générale de la consommation d'énergie, l'exploitation du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) connaît un intérêt croissant, d'où un marché en forte expansion avec de nombreux projets d'installation de terminaux méthaniers. Les installations de gaz naturel liquéfié ont la particularité de fonctionner à très basses températures (~ -160°C), ce qui exige l'utilisation de matériaux particuliers présentant des caractéristiques adaptées aux températures extrêmes. Cette étude nous a permis d'évaluer le comportement structural de l'acier 9% Ni métal de base, consistant en une phase ferrique d'un grain martensitique en présence d'austénite, utilisé dans la construction du réservoir interne de stockage du GNL.Ce métal présente des domaines inhomogènes au niveau mésoscopique principalement formés par la phase austénitique riche en Ni mis en évidence par la diffusion des neutrons aux petits angles. Suite à une déformation mécanique, une augmentation du pourcentage de la phase austénitique est observée au niveau de la zone de déformation plastique. Ce phénomène est probablement dû à la diffusion préférentielle du Ni le long des dislocations au cours du traitement mécanique et son accumulation au niveau de cette zone. Au cours du processus de soudage, une diffusion intergranulaire du Ni au sein de la zone affectée thermiquement (ZAT) est observée. Ce phénomène permet de stabiliser la phase austénitique au niveau de la ZAT et d'améliorer les propriétés mécaniques au sein de cette zone. La déformation mécanique appliquée à basse température sur l'acier 9% Ni, ne détériore pas les propriétés structurales de ce matériau. / Due to the overall increase in energy consumption, the use of the Liquefied Natural Gas (LNG) is experiencing an increasing interest, resulting in a rapidly growing market with many LNG terminals installation projects. LNG installations have the particularity of operating at extremely low temperatures (~ -160°C), which requires materials with specific characteristics suitable to extreme temperatures. This study allowed us to evaluate the structural behavior of the base metal 9% Ni steel, consisting of a ferritic phase with a martensitic grain in the presence of residual austenite, used in the construction of the inner wall of LNG storage tank. This metal presents, at the mesoscopic level, non-homogeneous domains formed primarily by the Ni rich austenitic phase revealed by small angle neutron scattering. Due to a mechanical deformation, an increase in the percentage of the austenitic phase is observed at the plastic deformation zone. This phenomenon is probably due to the preferential diffusion of Ni along dislocations during the mechanical treatment and its accumulation at this area. During the welding process, a grain boundary diffusion of Ni in the Heat Affected Zone (HAZ) is observed. This phenomenon allows the stabilization of the austenitic phase at the HAZ and the improvement of the mechanical properties within this area. Mechanical deformation applied at low temperatures on the 9% Ni steel, does not deteriorate the structural properties of the material.

L’ingénierie des biomatériaux a connu un essor prodigieux ces dernières décennies passant de matériaux simples à des structures plus complexes, particulièrement dans le domaine cardiovasculaire. Cette évolution découle de la nécessité des biomatériaux de permettre la synergie de différentes propriétés, dépendantes de leurs fonctions, qui ne sont pas forcément toutes compatibles. Historiquement, les premiers matériaux utilisés dans la conception de dispositifs médicaux étaient ceux présentant le meilleur compromis entre les propriétés physico-chimiques, mécaniques et biologiques que nécessitait leur application. Cependant, il se peut que le dispositif possède les bonnes propriétés physico-chimiques ou mécaniques, mais que sa biocompatibilité soit insuffisante induisant ainsi des complications cliniques. Afin d’améliorer ces propriétés biologiques tout en conservant les propriétés de volume du matériau, une solution est d’en modifier la surface. L’utilisation d’un revêtement permet alors de moduler la réponse biologique à l’interface biomatériau-hôte et de diminuer les effets indésirables. Ces revêtements sont optimisés selon deux critères principaux : la réponse biologique et la réponse mécanique. Pour la réponse biologique, les deux approches principales sont de mettre au point des revêtements proactifs qui engendrent l’adhérence, laprolifération ou la migration cellulaire, ou passifs, qui, principalement, sont inertes et empêchent l’adhérence de composés biologiques. Des revêtements plus complexes utilisent les deux approches permettant l’adhérence spécifique de certainescellules tout en empêchant l’adhérence d’autres composants biologiques. Cette pratique est très utile pour lutter contre la resténose, complication survenant après opération de l’athérosclérose qui obstrue les vaisseaux sanguins. Une pratique courante est la pose d’un stent qui permet d’ouvrir l’artère de nouveau et de rétablir le flux sanguin. Le phénomène de resténose obstrue de nouveau le vaisseau sanguin, majoritairement par la prolifération incontrôlée de cellules musculaires lisses. La recherche sur les revêtements contre la resténose vise à inhiber la prolifération de ces cellules tout en facilitant la ré-endothélialisation. Les revêtements permettraient alors, à la fois de favoriser l’adhérence et la prolifération de cellules endothéliales et de limiter celles des cellules musculaires lisses à la surface du stent ou en limitant toute adhérence non-spécifique. Il a été démontré lors d’études précédentes qu’un copolymère à base de dextrane et de poly(méthacrylate debutyle) (PBMA) répondait à ces critères biologiques et qu’il possédait en plus une bonne résistance à la déformation, paramètre important lié à la déformation induite lors de l’implantation d’un stent. L’approche de ce projet était d’utiliser ce copolymère comme revêtement de stent et d’en améliorer la stabilité à long terme en formant des liens covalents avec le substrat. Pour ce faire, cela nécessitait l’activation de la partie dextrane du copolymère afin de pouvoir le greffer au substrat. Il était important de vérifier pour chaque étape l’influence des modifications effectuées sur les propriétés biologiques et mécaniques des matériaux obtenus, mais aussi d’un point de vue de la chimie, l’influence que cette modification pouvait induire sur la réaction decopolymérisation.... / The last decades have witnessed the remarkable growth of biomaterial science and engineering field, especiallyfor cardiovascular applications, for which devices have evolved from simple material to complex structures.This development has stemmed from the necessity for biomaterials to exhibit different properties, related totheir function, which are not always inherently compatible. Historically, the first materials selected for medicaldevices conception were the ones exhibiting the best compromise between all the physicochemical, mechanicaland biological requirements. Nevertheless, while physicochemical and mechanical properties are often handilycombined, the development of materials which also possess suitable biological properties have proved to bemuch more challenging, leading to clinical complications.Surface modification represents a valid solution to improve the biological performances of medical deviceswhile maintaining the bulk properties of the material. Biomaterial coatings may modulate the biologicalresponse at the biomaterial-host interface and decreases the undesirable effects. Coatings have been optimizedin regards to two main aspects: the biological response and the mechanical response. For the biologicalresponse, the two main approaches consist in 1) inducing cell adhesion, proliferation or migration with proactivecoatings and 2) using inert material, mostly, and avoiding the adhesion of any biological componentswith passive coatings.More complex coatings include the two approaches, allowing the adhesion of a specific type of cell whilerepelling other biological components adhesion. This method has been very useful against the restenosisphenomenon which obstructs blood vessels. A common practice is vessel stenting, a procedure that enables thereopening of the vessel and the restoration of the blood flow. Restenosis causes the new narrowing of the vessel,mostly due to uncontrolled smooth muscle cell proliferation. Researchers looked for coatings capable oflimiting the restenosis occurrence by inhibiting this cell proliferation along with facilitating the reendothelialization.Thus, the coatings would be able to improve endothelial cells adhesion and proliferation andto inhibit smooth muscle cells ones as well as avoiding non-specific adhesion.Previous studies showed that a copolymer made of dextran and poly(butyl methacrylate) (PBMA) demonstratedsuch biological properties and a good resistance to deformation, which is an important parameter related to thedeformation implied in a stent implantation. In this work, the approach was to use this copolymer as a stentcoating and to increase its long-term stability by providing covalent bonds with the substrate. To do so, thedextran part of the copolymer firstly needed to be activated in order to be grafted to the surface. Thus, it wasimportant to ascertain the influence of the multiple modifications on the biological and mechanical propertiesof the resulting materials at each step, but also towards a chemical point of view, the influence that thesemodifications may have on the subsequent copolymerization.

Le projet PLUME développe des échelles ultra-légères inspirées par le cahier des charges du détecteur de vertex pour le futur e+e- International Linear Collider (ILC). Nos travaux montrent que, pour une énergie de 350 GeV et une luminosité de 250 fb-1, l’ILC donnera accès à des états finals comme Hνν. Les modules PLUME exploitent le concept d’échelles double-face recouvertes de capteurs CMOS afin d’atteindre un budget de matière de 0,35 % en longueurs de radiation. Les tests effectués ont montré que les performances électriques des 12 capteurs intégrés sur ces échelles ne sont pas dégradées. La surface des échelles présente des déformations, mais nous avons mis au point un algorithme spécifique qui permet de corriger leurs effets lors du traitement des données. Finalement, une mesure de la longueur de radiation d’un prototype moins avancé a été réalisée avec un faisceau test au DESY. La valeur obtenue de 0,47±0,02 % en longueurs de radiation correspond au budget attendu. / The PLUME project develops ultra-light pixelated layers with specifications driven by the design of a vertex detector at the future e+e- International Linear Collider (ILC). The ILC will give access to final states like Hνν, as this work demonstrates for centre-of-mass energy 350GeV and a luminosity of 250 fb-1. PLUME devices exploit the concept of double-sided ladder spaved with thinned CMOS pixel sensors in order to reach a material budget of 0.35 % of radiation length. The present study validated that simultaneous operation of the 12 CMOS sensors integrated on such light ladders do not impact their electrical behaviour. Surface deformations were observed but a specific algorithm during the off- line analysis was proposed and successfully tested to preserve the native sensor spatial resolution. Finally, a measurement of the material budget of a less advanced ladder prototype has been performedat DESY test beam and yield 0.47±0.02 % of radiation length, matching the expected value.

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide à étancher.L'opération de recherche « Jointlub » du département D3 de l'institut P' a développé des outils de simulation du comportement des garnitures par des méthodes analytiques, semi analytiques et numériques. En s'appuyant sur ces acquis, l'objectif de cette thèse vise à définir une méthodologie d'analyse préalable permettant l'optimisation de la modélisation du fonctionnement d'une garniture mécanique en fonction de la solution technologique choisie. Ceci consiste à proposer un procédé de choix d'outils de modélisation parmi les principaux types existants.Un ensemble d'indicateurs et de critères est développé afin de déterminer les phénomènes physiques prépondérants lors du fonctionnement d'une garniture dans des conditions données. Le modèle retenu pour la simulation devra prendre en compte les phénomènes identifiés.Des validations expérimentales ont été réalisées pour une garniture mécanique opérant dans différents régimes de fonctionnement. Une étude de l'évolution de la topographie des faces de frottement, du couple de frottement, du débit de fuite et du comportement thermique ont été effectués. Les expériences ont montré que le comportement des garnitures dépend fortement du régime de lubrification : mixte, hydrodynamique ou thermo-élasto-hydrodynamique.Les modèles théoriques ont été comparés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est obtenue dans leur domaine de validité, défini à partir des indicateurs. Des écarts plus importants sont observés lorsque les modèles sont utilisés dans des zones où ils ne prennent pas en compte l'ensemble des phénomènes physiques. Cette comparaison a montré que les indicateurs et critères de la méthode de choix proposée sont pertinents et permettent une bonne identification des phénomènes physiques à prendre en compte. / Mechanical face seals are sealing components for rotating shafts. It basically consists of two annular flat surfaces lubricated with a very thin film of sealed fluid.The "Seals lubrication" group of the Pprime institute has developed different modeling tools of mechanical face seals behavior by analytical, semi analytical and numerical methods. The objective of this thesis is to define a preliminary methodology to optimize the modeling of the mechanical seal taking into account the seal design. This analysis provides a suggestion of modeling tools among the existing types. A set of indicators and criteria are developed to determine the dominating physical phenomena during the operation of the seal under given conditions. The selected modeling tools should take into account the identified phenomena. Experimental validations were performed for a mechanical seal working in different operating conditions. Studies of the evolution of the friction faces topography, the friction torque, the leakage rate and the thermal effect were carried out. Experiments have shown that the behavior of the mechanical seal strongly depends on the lubrication regime: mixed, hydrodynamic and thermo-elasto-hydrodynamic.Theoretical models were compared with experimental results. A good correlation is obtained into their range of validity defined with preliminary analysis. Larger differences are observed when the models are used in conditions where unconsidered physical phenomena occur. This comparison showed that the indicators and criteria of the proposed method of choice are relevant and allows a good identification of the physical phenomena that should be taken into account.