L'alumine est un matériau réputé pour ses propriétés d'isolation électrique. Elle est utilisée dans les sondes géologiques qui mesurent la résistivité des roches. Le contexte pétrolier incite les sociétés telles que Schlumberger à développer de nouvelles générations de revêtement dont certains en alumine. Ils sont obtenus par le procédé de projection plasma qui génère dans la structure des fissures et des pores interconnectés. Ce réseau caractérise la porosité de la céramique et dégrade plus ou moins les propriétés des revêtements. Ce travail de thèse propose l'étude d'une gamme de revêtements d'alumine réalisés par projection plasma. Il définit le revêtement d'alumine comme un composite présentant deux phases : la matrice céramique et la porosité. Tout d'abord, une analyse bidimensionnelle classique (employant la microscopie électronique à balayage) a été comparée à une analyse tridimensionnelle (employant la microtomographie) pour déterminer la nature, l'orientation et la répartition des phases : -l'analyse 2D de la microstructure des dépôts a permis de différencier les matériaux en fonction de leur méthode d'élaboration. Nous avons élaboré des composites « alumine-défauts » avec différentes densités surfaciques de pores et de fissures. Pour la co-projection, des composites présentant une matrice d'alumineverre ont été élaborés. Un post-traitement par laser à excimère a généré des matériaux possédant des propriétés de surface différentes. Enfin, les techniques d'imprégnation ont produit des composites présentant une matrice d'alumine, une porosité remplie de résine ou de phosphate d'aluminium et une porosité non remplie. -l'analyse par microtomographie synchrotron a permis uniquement de caractériser les pores dans les composites. L'étude a montré leur orientation parallèle à la direction de projection et leur morphologie plutôt filaire dans les revêtements d'alumine. De plus, cette technique a mis en évidence les changements de morphologie et de répartition des pores dans une matrice d'alumine-verre ayant subi des traitements thermiques ou bien dans les surfaces traitées par laser. Toutes ces informations complémentaires ont permis de mettre en place une simulation des propriétés mécaniques et électriques fonction des caractéristiques microstructurales. Les mesures d'impédance en milieu liquide ont défini les microstructures composites par des schémas électriques équivalents. Cette mesure s'est révélée être une méthode expérimentale propre à définir les connexions de la porosité. Elle a permis de comparer les composites. Enfin, à partir des images 2D et 3D, une simulation numérique par éléments finis de microstructures réelles a permis de calculer les propriétés élastiques et diélectriques des composites. Ces simulations ont permis d'établir le lien entre microstructures et propriétés des dépôts. Elles semblent très prometteuses pour établir les conditions d'élaboration des revêtements en fonction des propriétés souhaitées.

Notre travail s'intègre dans le cadre d'un programme de recherche relatif à l'amélioration des performances environnementales des appareillages de distribution électrique du centre de recherche et distribution de l'entreprise AREVA T&D. Il s'agit de développer une démarche d'éco-conception adaptée à ses produits et aux besoins de l'équipe de conception et consolidée sur le plan environnemental. Notre démarche s'est basée sur l'analyse du besoin des différents acteurs de l'équipe de conception, l'évaluation environnementale des produits existants et l'étude du processus de conception utilisé pour le développement de ces produits et de la stratégie d'éco-conception de l'entreprise. D'abord, nous avons identifié les outils d'éco-conception indispensables pour l'équipe de conception. Ensuite, l'étude du processus de conception existant nous a permis de déterminer des pistes d'intégration des paramètres environnementaux et des outils d'éco-conception durant les différentes phases de conception. Par ailleurs, nous avons étudié une série d'analyses de cycle de vie de produits de moyenne tension de catégories différentes ce qui nous a permis de déterminer la distribution des impacts environnementaux dans les phases de cycle de vie. Il en sort que la phase d'utilisation est la phase la plus polluante néanmoins très difficile à améliorer. La phase de distribution présente un impact très faible. Cela nous a permis de focaliser notre démarche sur les phases de fabrication et de fin de vie qui présentent un potentiel d'amélioration environnementale plus important. Notre approche d'éco-conception s'intègre au système existant et se base sur l'association du respect de la réglementation, la satisfaction des besoins de l'équipe de conception et l'amélioration des aspects environnementaux à forte marge d'amélioration.Nos travaux de recherche nous ont permis de développer un outil d'éco-conception (DECOD permettant d'assister le concepteur tout au long du processus de conception et plus particulièrement pour les arbitrages écologiques. L'application de notre outil sur un cas d'étude nous a permis de confirmer la fiabilité de notre démarche.

Ce mémoire d'habilitation présente l'essentiel de mes travaux de recherche. Il porte sur ma contribution à la recherche et le développement de procédés plasmas pour des applications énergétiques et environnementales. Ces travaux, qui sont devenus fortement pluridisciplinaires, ont eu comme seul dénominateur commun l'utilisation de décharges électriques de type arc dans le cœur du procédé.

Les revêtements d'étain sont couramment utilisés en connectique automobile pour des utilisations peu sévères en température. Actuellement il n'existe pas de consensus sur la température limite d'utilisation des revêtements étamés. L'objectif de cette étude est d'étudier le vieillissement thermique des systèmes cuivre/étain utilisés en connectique, et d'évaluer leur durée de vie en fonctionnement, c'est-à-dire sous un courant moyen (produisant de l'effet Joule) et en régime vibratoire (fretting corrosion). L'interdiffusion cuivre/étain mène à la formation de phases intermétalliques de type Cu6Sn5 et Cu3Sn. La cinétique de croissance des intermétalliques est étudiée en fonction de la nature du revêtement d'étain, de la présence ou non d'une sous-couche de nickel (menant à la formation de l'intermétallique Ni3Sn4) et des types de substrats cuivreux différant par les éléments d'alliages. Le coefficient de croissance parabolique mesuré dans chaque système substrat/revêtement permet de comparer la rapidité de la croissance en fonction du système étudié. Les intermétalliques possèdent une dureté sensiblement plus élevée que celle de l'étain seul. Des essais d'échauffement par effet Joule et de fretting corrosion sont menés sur des éprouvettes vieillies et non vieillies. L'échauffement par effet Joule est directement lié à la surface de contact : la dureté du revêtement est donc un paramètre déterminant, qui conditionne l'élévation de température au point de contact. Mais l'aire de la surface de contact conductrice dépend également de l'oxydabilité du revêtement, car la présence d'oxyde peut la réduire. Le phénomène est accentué en régime vibratoire : la production d'oxyde est alors accélérée, et la formation de débris oxydés peut mener à l'apparition de microcoupures électriques. Différentes éprouvettes sont testées en fretting-corrosion, avec deux types d'expérience : des essais à débattement variables et des essais en durée de vie. Les essais en débattement variable permettent d'identifier la transition entre le glissement partiel (d'amplitudes faibles, pour lesquelles la durée de vie du contact est considérée comme infinie) et le glissement total (d'amplitudes plus élevées, pour lesquelles la durée de vie du contact est limitée). Les essais en durée de vie permettent de comparer la durabilité des éprouvettes testées. L'observation des traces de fretting permettent l'identification des modes de défaillance. La dégradation des contacts étamés est le fait d'une oxydation et d'une usure conjointes, menant à l'isolation électrique à cause de la présence de débris oxydés. La dégradation des contacts intermétalliques est le fait d'une fragilisation du revêtement, menant à son décollement : le mode de défaillance est alors la production de débris oxydés de cuivre, provoquant une isolation électrique au point de contact.

L'objectif proposé pour ce travail est la mise au point d'une méthode d'inversion des paramètres hydrodynamiques du sol (paramètres de Mualem-van Genuchten) par le biais d'une modélisation inverse d'une expérience d'infiltration sous succion pendant laquelle des mesures de résistivité électrique sont réalisées dans la zone où se développe le bulbe d'infiltration. Après avoir suggéré dans un premier chapitre l'intérêt d'une telle méthode et les avantages qu'elle pourrait comporter (mesures non invasives réalisées in situ, estimation des paramètres par une expérience unique qui aboutit en principe à un jeu cohérent de paramètres), on a démontré numériquement, dans un second chapitre, que la méthode proposée peut conduire aux résultats escomptés. Pour cela des représentations de la fonction objective ont été proposées, et des scénarios d'inversion ont été construits et testés (algorithme de Levenberg-Marquardt). Trois paramètres hydrodynamiques ont été inversés lors de cette étude numérique (a, n, et Ks) et deux textures de sol ont été testées (textures limoneuse et sablo-limoneuse). On a cherché à inverser également les paramètres pétrophysiques qui assurent, via la relation de Rhoades et al. (1976), la correspondance entre la teneur en eau volumique du sol et sa résistivité électrique. Cette étude numérique a montré que la méthode est adaptée à la détermination des paramètres de Mualemvan Genuchten, mais que les paramètres pétrophysiques ne peuvent être inversés correctement. Le troisième et dernier chapitre a porté sur la réalisation d'expériences de terrain et des inversions numériques associées. Trois sols de textures différentes (sableuse, limoneuse, et argileuse) ont été testés, et, à chaque fois, 4 scénarios d'inversion ont été réalisés. Ces scénarios différaient par le fait que qr était optimisé ou non, et par le fait que la dispersivité était inversée ou non. Il a été observé, dans le cas du sol limoneux, que la méthode conduit vers une estimation correcte des paramètres de Mualemvan Genuchten, que les paramètres de Rhoades ne peuvent être inversés qu'avec une incertitude très large, et que la dispersivité est, elle aussi, estimée avec une incertitude importante. En ce qui concerne les sols sableux et argileux, les paramètres de Mualemvan Genuchten ont été optimisés avec des incertitudes plus importantes que dans le cas du sol limoneux, et une optimisation correcte du paramètre de dispersivité n'a pas été possible. De nombreuses améliorations pourraient être envisagées dans le futur afin de rendre la méthode plus performante: optimisation du choix des quadripôles utilisés pour les mesures de résistivité électrique, resserrement des distances entre les électrodes, réalisations d'infiltration avec des eaux de forces ioniques différentes, utilisation d'algorithmes d'inversions plus sophistiqués (méthodes stochastiques).

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches sur les nouvelles sources de rayonnement dans le domaine de l'extrême ultraviolet et des rayons X mous (longueur d'onde entre 1 et 100 nm). La possibilité d'obtenir, au moyen d'une décharge électrique, une amplification laser à 46,9 nm dans l'argon ionisé huit fois a été démontrée pour la première fois aux Etats-Unis en 1994, mais difficilement reproduite depuis par d'autres équipes. Ayant estimé les besoins en terme d'énergie et de puissance pour obtenir cette inversion de population dans l'argon, nous avons mis au point un système innovant de puissance pulsée répondant à ces critères. Des diagnostics électriques et optiques ont été spécialement conçus pour cette expérience. Par ailleurs, une modélisation électrique a permis de mieux appréhender le comportement électrique et énergétique du système. Les résultats préliminaires de spectroscopie X-UV, s'ils ne montrent pas d'amplification de la raie d'argon à 46,9 nm, mettent en évidence que le degré d'ionisation de l'argon est proche de celui requis pour l'amplification. Des études ultérieures sur le système que nous avons construit pourraient déboucher sur une source compacte de rayonnement X-UV cohérent.

L'apparition de techniques avancées en imagerie a amélioré de manière significative la qualité de la surveillance médicale des patients. Les modalités d'imagerie non-invasives permettent aux médecins de faire des diagnostics plus précis et plus précoces et de prescrire des modes de traitement plus performants et plus justes. De multiples modalités d'imagerie sont employées actuellement ou sont en cours d'étude. Dans cette thèse, nous étudions trois techniques émergentes d'imagerie biomédicale : • imagerie magnéto-acoustique; • imagerie thermographique; • endotomographie par impédance électrique. Pour chacune de ces trois techniques, nous proposons des modèles mathématiques et nous présentons des nouvelles méthodes de reconstruction en imagerie médicale.

L'objectif de la thèse a été l'étude de l'hybridation d'un groupe électrogène à pile à combustible (GE à PAC) dans le cas d'une application embarquée. Une partie importante du travail a consisté à tester en simulation diverses architectures de sources hybrides GE à PAC/superconducteurs. Plusieurs modèles ont été mis au point et utilisés suivant l'objectif envisagé. Le modèle du GE à PAC quasi-statique permet de prédire de manière rapide et qualitative les grandeurs électriques mises en jeu dans la chaîne sur des profils de mission temps - vitesse avec des stratégies de gestion de l'énergie plus ou moins complexes ; un modèle dynamique plus élaboré a été introduit pour étudier certains phénomènes transitoires. Une étude expérimentale met en oeuvre le concept d'hybridation de GE à PAC. Le démonstrateur réalisé doit permettre la validation des modèles et des stratégies de gestion de l'énergie élaborés dans la première partie du travail. Il constitue aussi un dispositif médiatique.

Pour l'intégration 3D, le procédé d'interconnexion par flip chip est très utilisé. Le principal inconvénient de ce procédé est l'utilisation de traitement complémentaire des puces avant leur assemblage. Pour résoudre ce problème, a été développé, un nouveau procédé d'interconnexion par micro-insertion de micro-cylindres de nickel appelés micro-inserts directement dans les zones de connexion des puces en aluminium. Cependant, il existe trop d'interrogations sur la fiabilité des interconnexions réalisées. Afin de répondre à certaines de ces interrogations ce travail de thèse présente une étude localisée de l'insertion d'un micro-insert de nickel isolé dans un film d'aluminium. L'étude de l'insertion a été effectuée grâce à la modification de la technique de nanoindentation. Ceci a permis de mettre en évidence les modes de déformation des matériaux en contact pour différents diamètres et différentes forces maximales et de mesurer en parallèle la résistance de contact électrique.

Les matériaux isolants organiques font l'objet de beaucoup d'études pour comprendre les mécanismes de vieillissement et déterminer les précurseurs des dégradations. Dans ce travail, le comportement sous contraintes électrique et thermique d'un isolant est suivi vis-à-vis de la génération et de l'évolution de charges d'espace ainsi que des mécanismes de conduction. Le matériau étudié est un composite à base de résine époxy. Il est utilisé sous forme chargé ou non chargé de silice, à des températures inférieures et supérieures à la température de transition vitreuse (Tg=65°C). La génération de charges d'espace à faible champ (2 kV/mm) a été observée. L'accumulation des charges injectées à partir des électrodes à 55°C ainsi que le rôle de l'eau dans la génération d'hétérocharges positives à 80°C ont été mis en évidence. De même, l'étude des mécanismes de conduction a montré une limitation du courant par le volume (modèle de conduction par saut) en-dessous de la Tg alors qu'à 80°C le courant est limité par l'injection de charges par effet Schottky aux électrodes. La caractérisation d'échantillons vieillis sous contraintes électriques et thermiques a montré des modifications à basse fréquence des propriétés diélectriques (e et tan d) au cours du vieillissement.