Les contacts électriques sont utilisés dans les disjoncteurs et contacteurs industriels. Ce sont des composites à matrice d'argent produits par la métallurgie des poudres. Ils s'érodent sous l'effet des arcs électriques apparaissant lors de l'ouverture ou de la fermeture sous courant du circuit. L'objectif de ces travaux était d'étudier cette érosion pour les composites Ag-C, Ag-WC et Ag-SnO2 et de la simuler pour la prédire. L'observation, au moyen de sections transversales, de pastilles de contacts ayant subi des nombres croissants d'arcs électriques nous a permis de décrire l'endommagement des contacts électriques et de proposer des grandeurs caractéristiques de cet endommagement.<br />Nous avons ensuite réalisé des essais de traction, de traction/relaxation à diverses températures (jusqu'à<br />550 °C) sur l'Ag-SnO2 afin d'identifier un modèle de comportement mécanique de ce composite industriel.<br />Nous avons retenu un modèle élastoviscoplastique unifié de Lemaître & Chaboche doté d'une viscosité hyperbolique de Sellars-Teggart. Nous avons aussi réalisé des essais de propagation d'une fissure de fatigue pour identifier un modèle d'endommagement par fissuration de Forman prenant en compte la ténacité du matériau.<br />Nous avons alors proposé une simulation thermomécanique des contacts électriques avec le code de calcul par éléments finis ZeBuLon afin d'accéder à l'état de contrainte dans le matériau au cours de l'impact d'un arc électrique sur sa surface. Une intégration de type "penny-shape", reposant sur une analyse des fonctions d'influence de Bueckner nous a permis d'identifier l'instant le plus endommageant au cours du cycle et d'élaborer un modèle de cumul de dommage et de propagation de fissure de fatigue en accord avec l'expérience.

La propagation d'une impulsion térawatt ultra-brµeve dans l'atmosphère peut s'accompagner du phénomène de filamentation. La lumière se trouve alors auto-guidée dans des plasmas appelés filaments dont le diamètre est de l'ordre de 100 µm et la longueur peut s'étendre jusqu'à quelques centaines de mètres. De plus, le spectre initial de l'impulsion est considérablement élargi. Ces propriétés ouvrent la possibilité d'améliorer la technique LIDAR et de contrôler la foudre. Nous avons montré que les filaments survivent à la propagation dans une turbulence forte et peuvent se développer sous une pression atmosphérique réduite et sous la pluie. Pour la première fois, la lumière blanche genérée par une impulsion ultra-brève, multi-térawatt a été détectée à une altitude de 20 km.<br />En collaberation avec des installations haute-tension, nous avons déterminé la durée de vie du plasma du filament et la longueur sur laquelle il est possible de guider des décharges électriques. Nous avons pu augmenter l'efficacité de déclenchement avec une configuration à double impulsion. Enfin, nous avons montré que le déclenchement et le guidage sont possibles sous une pluie artificielle.<br />Ces résultats se sont révélés très encourageants en vue d'expériences LIDAR à lumière blanche et du contrôle de la foudre.

L’industrie microélectronique arrive aujourd’hui à concevoir des transistors atteignant quelquesdizaines de nanomètres. A de telles dimensions, les problématiques de fiabilité et de variabilité des dispositifsprennent une ampleur toujours plus importante. Notamment, le couplage de ces deux difficultés nécessite uneétude approfondie pour garantir des estimations correctes de la durée de vie des dispositifs. Aujourd’hui, ladégradation BTI (pour Bias Temperature Instability), due principalement aux mécanismes de piégeage dansl’oxyde de grille, apparait comme étant la principale source de dégradation responsable du vieillissement destransistors. Ce manuscrit présente une étude complète de la dégradation BTI intervenant sur des transistors depetites et grandes dimensions et sur des cellules mémoires SRAM (pour Static Random Access Memory). Dansun premier temps, une présentation des différentes méthodes de caractérisations rapides permettant demesurer correctement cette dégradation est faite. L’importance de l’utilisation de techniques de mesuresrapides afin de limiter les effets de relaxation qui succèdent à la dégradation BTI est clairement exposée. Puis, àl’aide de ces techniques de mesures, une étude exclusivement consacrée à la caractérisation et la modélisationde la dégradation NBTI (pour Negative BTI) sur des dispositifs de grandes dimensions est réalisée. Ensuite, lemanuscrit se focalise sur la dégradation intervenant dans des dispositifs de petites dimensions : transistors etcellules mémoires. Tout d’abord, une modélisation des phénomènes de piégeages dans l’oxyde de grille depetits transistors est effectuée. En particulier, des simulations 3D électrostatiques ont permis d’expliquerl’influence des pièges d’oxyde sur la tension de seuil (VT) dans des transistors décananométriques. Enfin, uneétude de la fiabilité de cellules SRAM est présentée. Notamment, nous montrons comment évoluent lesperformances et le fonctionnement des cellules lorsque les transistors qui les constituent sont affectés par unedégradation BTI. / Nowadays, microelectronic industry is able to manufacture transistors with gate length down to 30nm.At such scales, the variability and reliability issues are a growing concern. Hence, understanding the interplaybetween these two concerns is essential to guarantee good lifetime estimation of the devices. Currently, theBias Temperature Instability (BTI), which is mostly due to the carrier trapping occurring in the gate oxide,appears to be the principal source of degradation responsible for the ageing of transistor device. Thismanuscript presents a complete study of the BTI degradation occurring on small and big transistors and onStatic Random Access Memory (SRAM) cells. Thus, as a first step, several electrical characterization techniquesto evaluate the BTI degradation are presented. The necessity of fast measurement in order to avoid most of therelaxation effect occurring after the BTI stress is emphasized. Then, using these fast measurement techniques,a complete study of the Negative BTI (NBTI) on large devices is presented. Then, the manuscript focuses on thesmall devices: transistors and memory cells. First, a modeling of the trapping mechanism in the gate oxide ofsmall transistor is presented. In particular, 3D electrostatic simulations allowed us to understand the particularinfluence of the traps over the threshold voltage (VT) of the small transistors. Finally, the case of the SRAM isstudied. Finally, the impact of the degradation occurring at transistor level and impacting the functioning of theSRAM bitcells is investigated.

Les torches à arcs plasma sont actuellement utilisées dans de nombreuses applications industrielles. Une technologie plasma triphasée à électrodes en graphite est en cours de développement au Centre PERSEE MINES ParisTech. Cette technologie diffère sensiblement des technologies à courant continu traditionnelles et vise à dépasser certaines limites des systèmes actuels en termes de robustesse, de coûts d'équipement et d'exploitation pour des applications liées à conversion et la valorisation de biomasse et déchets. Dans le but d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques instationnaires intervenant dans les décharges triphasées, une étude menée en parallèle sur les plans théorique et expérimental a été conduite en conditions non réactives (azote et gaz de synthèse). Sur un plan expérimental cette étude s'est appuyée sur des analyses réalisées avec une caméra ultra rapide (100 000 images par seconde) et l'analyse des signaux électriques. Sur un plan théorique cette étude a consisté à développer un modèle Magnéto-Hydro-Dynamique (MHD) 3D instationnaire de la zone d'arc dans l'environnement du logiciel Code Saturne® et à effectuer une étude paramétrique basée sur le courant, la fréquence et le débit de gaz plasma. Deux configurations : électrodes coplanaires et parallèles ont été étudiées. Cette étude a permis de mettre en avant l'influence des phénomènes électromagnétiques et hydrodynamiques sur le déplacement de l'arc. Dans le cas coplanaire les jets aux électrodes semblent jouer un rôle prépondérant sur le mouvement des arcs, les transferts de chaleur dans l'espace inter électrode et l'amorçage des arcs. Dans le cas parallèle le mouvement des canaux chauds semble être le paramètre dominant. La confrontation des résultats théoriques et expérimentaux a montré un très bon accord à la fois au niveau du mouvement des arcs et des signaux électriques.

Cette thèse présente la modélisation de l'effet magnéto-électrique dans les matériaux composites par la méthode des éléments finis. Les matériaux composites magnéto-électriques sont la combinaison de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs. Les lois de comportement ont été établies en associant les lois de comportement piézoélectrique et magnétostrictive. Le modèle piézoélectrique a été supposée linéaire, contrairement au magnétostrictif qui est non-linéaire. Afin de modéliser des dispositifs dans lequel il y a coexistence d'un champ statique et d'un champ dynamique de faible amplitude, nous avons proposé une étape de linéarisation des lois de comportement. Cette étape consiste à déterminer le point de fonctionnement fixé par le champ statique pour ensuite calculer la variation autour de ce point associée au champ dynamique. Les deux lois de comportement ont ensuite été intégrées dans un code éléments finis 2D. Le code de calcul éléments finis a ensuite été exploité pour différents dispositifs déjà mis en ?uvre expérimentalement dans la littérature. La première application est une inductance variable contrôlée par un champ électrique. Malgré une méconnaissance de certaines valeurs des propriétés des matériaux, le calcul numérique et les résultats expérimentaux sont en bon accord d'un point de vue qualitatif. Les travaux nous ont permis de modéliser des capteurs de champ magnétique. Ces capteurs ont pour but de détecter précisément un champ magnétique statique dans le plan de travail. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a montré à nouveau une bonne concordance qualitative. Quelques améliorations de la structure du dispositif ont été proposées et évaluées à l'aide du modèle développé.

La détection et le diagnostic des défauts d'engrenages ont été traditionnellement basés sur l'analyse des signaux vibratoires et acoustiques. Mais, ces méthodes peuvent être coûteuses suite aux difficultés techniques de mise en œuvre de capteurs sur des pièces en rotation. Dans ces travaux de thèse, une méthode originale de détection de défauts locaux dans des engrenages entraînés par des moteurs électriques est proposée en se basant sur le suivi des courants statoriques. Le système électromécanique est simulé numériquement en combinant un modèle électrique dynamique de moteurs asynchrones (modèle de Kron et modèle des réseaux de perméances) et un modèle mécanique dynamique d'engrenages droits et hélicoïdaux incluant les arbres et les paliers. Certains défauts classiques du moteur (excentricité du rotor) et des défauts d'engrenages (écaillages sur les flancs actifs de dentures) sont considérés et une technique itérative de résolution est présentée qui permet de résoudre le problème électromécanique couplé. De nombreux résultats sont présentés qui illustrent la possibilité et la sensibilité de détection de défauts d'engrenages par mesure de courants électriques sur le moteur. Sur la base de ces simulations, il est conclu que l'analyse de la signature des courants du moteur apparaît comme une méthode suffisamment précise pour détecter et surveiller les défauts locaux d'engrenage comme les écaillages.

L'objectif de ce travail est, d'une part, de définir une méthode de résolution pour le problème de la Mobilisation de la Réserve Tertiaire (MR T) en tenant compte des contraintes de transits actifs du réseau de transport Très Haute Tension à Electricité de France et, d'autre part, de . développer une maquette informatique capable de tester cette méthode de résolution. Actuellement, l'action de MRT èst déclenchée lorsque un déséquilibre sérieux (on parle "d'aléa") entre les niveaux de production et de consommation survient et que les réglages automatiques (dits primaire et secondaire) atteignent leurs limites; l'opérateur est alors contraint d'intervenir "manuellement" sur les consignes des groupes de production pour restaurer les marges de sécurité du système électrique. L'approche que nous proposons, fondée sur un algorithme d'exploration de l'espace des solutions techniquement réalisables, permet de toujours obtenir une solution, éventuellement partielle faute de mieux. Complétée progressivement par des heuristiques, l'exploration est guidée par une liste, ordonnée, d'unités thermiques et hydrauliques mobilisables et par une liste, également classée, de critères que la solution recherchée doit s'efforcer de vérifier au maximwn. Ces deux listes sont établies par l'opérateur en fonction de son intuition et de sa connaissance du système électrique. La conception de l'outil proposé repose sur la programmation orientée objet (C++). Entièrement paramétrable par l'opérateur, la plate-forme réalisée utilise les structures de données d'EDF et comporte de nombreuses interfaces avec des logiciels existants. De ce travail, nous retenons que notre outil pourrait être prochainement intégré dans une plate-forme informatique d'EDF et devenir un élément de base réutilisable et extensible pour de futures études.

Ce projet étudie la réalisation d'un marché d'énergie éolienne en France. Les marchés d'énergie éolienne sont souvent désignés comme des "marchés politiques" : D'une part, l'énergie éolienne réduit les émissions de CO2 et retarde les effets de la production d'électricité sur le changement climatique. D'autre part, comme bien économique, l'énergie éolienne se dit souffrir "d'handicaps" technico-économiques (les coûts élevés, la production fluctuante et imprévisible, etc.). Par conséquent, en raison de sa performance comme bien économique, il est argumenté que la survie de l'énergie éolienne dans le marché est fondée sur différents instruments, dont certains que je qualifierai de "prothèses". Cette thèse s'interroge sur deux de ces prothèses : Le tarif d'achat et les Zones de Développement Eolien (ZDE) comme ils sont négociés et mis en pratique en France, ainsi que la manière dont ils affectent la réalisation des marchés de l'énergie.

Des mesures de résistivité électrique et des campagnes d'observations géologiques ont été menées pour cartographier le contact sédiment/roche basale ainsi que les structures d'impact associées au cratère d'impact Bosumtwi datant de 1,07 millions d'années. Le cratère de 10,5 km de diamètre s'est formé dans des roches métamorphiques du Précambrien (2,1 à 2,2 milliard d'années), d'origine sédimentaire et volcanique. Il est actuellement rempli par le lac Bosumtwi de 8,5 km de diamètre. Ce cratère est la source des tektites et microtektites dispersées jusqu'en Côte d'Ivoire et au large des côtes ouest africaine. La campagne de mesures éophysiques consiste en 16 tomographies de résistivité électrique effectuées radialement des rives du lac vers les bords du cratère d'impact. Chaque profil utilise un système d'acquisition multi - électrodes avec une distance minimum entre les électrodes de 5 m. Les données ont été corrigées des effets topographiques et inversées en utilisant le programme commercial d'inversion Res2DInv, avec la norme L1 considérée plus robuste. La zone comprise entre les rives du lac et le bord externe du cratère de divise en trois formations géologiques principales. Les régions de faibles résistivités (< 64 .m) représentent les sédiments de lac. Les zones de resistivités moyennes (entre 128 et 200 .m) sont interprétées comme des brèches liées à l'impact, en dikes, allochtones ou parautochtones. Les régions de hautes résistivités (> 128 .m) représentent les roches métamorphiques sous-jacentes, d'origine volcanique ou sédimentaire. Les profils de résistivités permettent de retrouver la géométrie et l'extension latérale de ces trois types de roches. Une correspondance directe entre la lithologie observée en surface et les structures mises en évidence par les mesures de résistivité électrique dans le sous-sol est observée à Dwamam au Sud-Est dulac. À Dwamam, les sédiments sont environ à 200 m de la rive du lac et s'étendent environ sur 400 m vers les les bords du cratère, à la différence des autres zones où ont pu être cartographiés les sédiments. La topographie du contact sédiment/roche basale présente une direction particulière NE-SO avec un pendage variant entre 16 degrés au NE et 36 degrés au SO. Une majorité de fractures ont été remarquées dans le SO, remplies par des clasts et des brèches d'impacts. Les failles sont surtout présentent à l'Ouest du lac. En moyenne elles présentent un pendage variant entre 60o à l'Est et 80 degrés à l'Ouest du cratère. Des analyses statistiques ont été effectuées sur les directions et les pendages des failles selon les loi de von Mises et Fisher. Elles démontrent que les failles s'alignent préférentiellement le long de deux directions principales. L'analyse cumulée de la surface de contact sédiment/roche, des failles et de la localisation du champ de dispersion des tektites indique que le bolide d'environ 0,8 à 1 km de diamètre responsable du cratère est arrivé du NE. Les résultats démontrent que les panneaux de résistivité électrique fournissent des informations utiles pour l'étude des cratères d'impact.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal