Le sujet de thèse de doctorat s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif entre l’Institut FEMTO-ST et le groupe SAFRAN/SNECMA. Une partie des travaux de cette thèse concerne les caractérisations thermo-physiques de polymères chargés pour différentes nuances et granulométries de poudres de superalliage destinés à être mis en forme par le procédé de Moulage par Injection de Poudre. Pour ces travaux de thèse de doctorat, trois nuances de polymères chargés composé de poudres de superalliages ont été investiguées. Deux nuances sont composées de poudres utilisées par Snecma en réparation (René 80®/Amdry D15® et RBD61) et un autre est composée de poudre d’Inconel 718. Différentes caractérisations ont été réalisées et ont permis d’optimiser le développement de mélanges chargés conduisant à l’élaboration de matériaux homogènes et injectables tout en possédant des taux de charge en poudres les plus élevés possible.Les résultats de ces travaux sont ensuite utilisés afin d’identifier différents termes présents dans les modèles analytiques de rhéologie usuels. Le développement de modèles de rhéologies spécifiques a été réalisé en incorporant aux lois rhéologiques usuelles différents termes dépendant de la surface spécifique, de la viscosité des liants employés au sein de la formulation. Le développement de ces modèles de viscosité de plus en plus complets permet d’améliorer les lois de comportements et de mieux décrire le comportement rhéologique de polymères chargés. Enfin, une simulation de l’étape de moulage par injection d’un composant aéronautique a été réalisée à l’aide du logiciel Moldflow© pour la nuance de René 80®/Amdry D15®. / The works presented in this paper were realized in collaboration between the mechanical department of FEMTO-ST Institute and the company SAFRAN/SNECMA. A part of the works of this thesis focused the thermo-physical characterizations of loaded polymers that is mixtures based of thermoplastic binders and metallic powders suitable be shaped by powder injection molding process.For this work, three different loaded mixtures composed of superalloy powder were investigated.Two were supplied by SAFRAN/SNECMA used to repair (Rene80®/AmdryD15® and RBD61) and another is composed of Inconel 718 powder. Characterizations were to carry out to optimize the development of loaded polymers and to obtain homogenous materials with high solid fraction. Then, the data were used to identified parameters of usual rheological laws. The development of specific rheological models were realized by including different parameters related to the specific surface area, binder viscosities used in the formulation. The development of these models increasingly exhaustive allows the improvement of behavior laws and to better describe the rheological behavior of superalloy-loaded polymers. Finally, a simulation of the injection molding stage of a aeronautical component was realized in the Moldflow© software for the Rene80®/AmdryD15® loaded polymer.

Ce travail traite de la modélisation de structures composites intégrant des éléments amortissants passifs. Un modèle de plaque "équivalent simple couche" générique utilisant des fonctions de description du cisaillement transverse est présenté. Plusieurs méthodes d'obtention de ces fonctions sont décrites, permettant de retrouver des modèles classiques ou issus de la littérature. Deux nouvelles méthodes d'obtention de ces fonctions sont aussi présentées.Plusieurs méthodes de discrétisation adaptées au modèle générique sont étudiées. La méthode de Navier permet de tester la qualité de chaque modèle associé à un jeu de fonctions de description du cisaillement transverse. La méthode de Rayleigh-Ritz permet l'étude du comportement vibratoire d'une plaque rectangulaire munie d'un ou plusieurs patchs viscocontraints. Plusieurs éléments finis issus de la littérature, adaptés au modèle, sont aussi présentés.À l'aide de la méthode de Navier, une étude numérique du comportement statique et dynamique de plusieurs configurations de plaques permet la comparaison des différents modèles présentés. La méthode de Rayleigh-Ritz est utilisée pour étudier le comportement vibratoire d'une plaque munie d'un patch viscocontraint. Une comparaison des résultats obtenus avec le modèle présenté et ceux issus de calculs éléments finis tridimensionnels permet de valider notre modèle. Une étude énergétique de la plaque patchée permet d'illustrer le comportement du patch. Enfin une méthode inverse d'identification des matériaux viscoélastiques, basées sur une combinaison du modèle décrit et d'un algorithme génétique, montre une application du modèle. / This work is on the subject of modelization of structures treated with passive damping elements. A generic "equivalent single layer" plate model using transverse shear warping functions is presented. Several methods to obtain these functions are described, allowing the implementation of classical models and others issued from the litterature. Two new methods for obtaining these functions are also presented.Several discretization methods adapted to the generic plate model are studied. Navier's procedure allows the testing of the quality of each model associated with a set of transverse shear warping functions. Rayleigh-Ritz method allows the study of the vibrational behavior of a rectangular plate treated with one or several constrained damping patches. Several finite elements issued from the literature are also presented.Using Navier's procedure, a numerical study of the static and dynamic behavior of several plate configurations allows the comparison of the different plate models. Rayleigh-Ritz method is used to study the vibrational response of a plate treated with a constrained damping patch. A comparison of the results with those obtained with three dimensional finite element calculations permits the model validation. An energetic study of the patched plate allow us to understand the constrainted damping patch behavior. Finally, an inverse method, allowing the identification of the properties of viscoelastic materials, based on a combination of the presented model and a genetic algorithm, shows a possible application of the model.

L'étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques des matériaux polymères et notamment d'un grade d'une famille de matériaux biodégradables et biosourcés : les PolyHydroxyAlcanoates (PHAs). Afin d'étudier ce matériau, un montage expérimental original a été mis en place pour des essais multiaxiaux sur une géométrie unique d'éprouvettes cylindriques. Celui-ci permet d'effectuer des cycles de sollicitations successives et/ou simultanées de traction-compression-torsion. L'objectif est de pouvoir effectuer des chemins complexes, avec changements de direction et cycles au cours d'un même essai, permettant ainsi d'explorer tout le plan déviatoire de déformation avec prise en compte de l'histoire du chargement. De nombreux essais ont été effectués sur le grade de PHA à différentes températures pour développer une base de données expérimentale servant à l'identification d'un modèle de comportement proposé d'Hyperélasto-Visco-Hystérésis (HVH). La méthodologie d'identification des paramètres matériaux est suffisamment simple pour être étendue à une large variété de polymères. Cette identification met particulièrement en évidence les faiblesses et les qualités du modèle. Pour le PHA étudié, la base expérimentale montre ainsi l'insuffisance de la partie visqueuse du modèle, contrairement aux travaux antérieurs utilisant des essais classiques unidirectionnels. Néanmoins, le modèle HVH fournit des réponses précises pour les composantes hyperélastique et hystérétique non-visqueuse dans la gamme [0-100]°C. Cette loi a pour but d'être utilisée pour vérifier la tenue mécanique en statique et en dynamique de structures dans le domaine de l'emballage alimentaire en PHA. / This study deals with the mechanical properties characterization of polymers. One of the studied polymers is part of a biodegradable and biobased family of materials: the PolyHydroxyAlkanoates (PHAs). In order to study its behavior, an original setup has been designed to perform tests with multiaxial loadings on a unique cylindric specimen. It allows to carry out multiple cycles of loadings mixing tensile, compression and torsion. The goal is to be able to perform complex deformation paths with changes in the deformation direction and cycles in a single test. These possibilities allows to scan the deviatoric subspace of deformations with the consideration of the loading history. Many tests has been carried out on the PHA polymer at different temperatures to develop a database used for the identification of a Hyperelasto-Visco-Hysteresis constitutive model. The methodology identification of the mechanical parameters is simple enough to be extend at a large variety of polymers. This identification points out the model weaknesses and qualities. For the studied PHA, the experimental data shows the viscous contribution insufficiency in the constitutive model, unlike previous studies using uniaxial classical tests. Nevertheless, the HVH model gives precise predictions for hyperelastic and non-viscous hysteresis components in the range of [0-100]°C. The constitutive law has been developed in order to check the strength of structures behavior in static and dynamic in the field of food packaging in PHA.

L’assemblage des matériaux composites par collage présente des avantages incontestés par rapport à d’autres méthodes telles que le boulonnage ou le rivetage. Cependant, la principale difficulté que rencontrent les concepteurs est celle de la prévision du niveau et du mode de rupture de ces collages. Dans le cas des composites stratifiés, un des facteurs influents sur le comportement des joints collés est la séquence d'empilement, mais les travaux présentés dans la littérature ne séparent pas les effets globaux (modification des rigidités de membrane et de flexion) et les effets locaux (orientation des plis au contact de la colle). La présente étude s'intéresse à la caractérisation de ces effets dans le cas de joints de type simple recouvrement de stratifiés carbone/epoxy. Pour isoler les effets locaux, des séquences d'empilement spécifiques quasi isotropes quasi homogènes sont utilisées. A propriétés de raideur globale égales, des différences de résistance de plus de 30% sont observées selon les séquences considérées. Les essais réalisés avec un stratifié symétrique anisotrope en flexion montrent également que la raideur en flexion joue un rôle important dans le comportement des joints. Les modèles analytiques utilisés prédisent les effets globaux avec une bonne précision mais sont inappropriés lorsque des phénomènes locaux se produisent. Une approche par éléments finis permet de prendre en compte ces phénomènes, en modélisant explicitement les plis au contact de la colle et en rendant possible le décollement interlaminaire de ces plis à l'aide d'un modèle de zone cohésive. Cette modélisation est mise en œuvre pour réaliser une étude paramétrique de la géométrie du joint et pour produire une enveloppe de rupture en fonction de la direction de sollicitation. / Adhesive bonding of composite materials has undeniable advantages over other methods such as bolting or riveting. However, one of the difficulties encountered by designers is the prediction of the failure level and failure mode of these adhesively bonded assemblies. In the case of composite laminates, one of the factors acting on the bonded joint behaviour is the stacking sequence, but works presented in the literature do not separate global effects (membrane and bending stiffness modification) and local effect (ply orientation near the adhesive layer). This study deals with the characterization of such effects in the case of single lap joints of carbon/epoxy laminates. In order to isolate the local effects, specific quasi isotropic quasi homogeneous stacking sequences are used. When stiffness properties are maintained constant, strength variations of more than 30 % are observed. Tests performed with a symmetric laminate with bending anisotropy show that the bending stiffness plays also an important role in the joint behaviour. Closed form models are able to predict global effects with a good accuracy but are inappropriate when local effects occur. The use of finite element models can account for these phenomena, by explicitly modelling the laminate plies near the adhesive layer and introducing delamination between these plies with a cohesive zone model. This model is used to perform a parametric study of the joint geometry and to produce a failure envelope according to the orientation of the loading.

Le principal objectif de cette thèse est de définir les conditions d’obtention de nanocomposites sous forme de fils de polyéthylène téréphtalate chargés dont la capacité d’absorbant hyperfréquence est exaltée dans le domaine 300 MHz à 3 GHz. Le procédé de fabrication de fil repose sur une technique d’extrusion qui a été adaptée de l’échelle industrielle vers l’échelle du laboratoire.Cet objectif principal se subdivise ainsi en plusieurs objectifs secondaires :Rationalisation et compréhension du procédé d’extrusion à l’échelle industrielle : les paramètres expérimentaux de la ligne d’extrusion ont été établis empiriquement par un industriel. Ces valeurs paramétrées de températures et de vitesses conditionnent ainsi la résistance mécanique et le diamètre du fil produit. Un des problèmes récurrents dans la plasturgie est la variabilité des lots de matière première et l’ajustement des paramètres expérimentaux qui en découlent. L’influence de chacun de ses paramètres sur les caractéristiques physico-chimiques du fil à chaque étape de la ligne est actuellement inconnue des industriels. Une compréhension de ces paramètres expérimentaux pourrait permettre un ajustement plus simple de ceux-ci en fonction des lots et une optimisation du procédé d’extrusion.Étude de l’homothétie entre la réplique miniature et la ligne d’extrusion originale : la ligne d’extrusion de laboratoire a été créée à partir du modèle de la ligne d’extrusion industrielle. Les dimensions ont ainsi été réduites et la disposition des différents éléments a été adaptée. Ce redimensionnement pose le problème de la réelle homothétie entre les deux lignes. Des critères de conformité seront ainsi établis pour permettre une comparaison entre les deux lignes.Étude de la matière polyéthylène téréphtalate : l’objectif est d’étudier les différentes transitions de phases d’un polymère semi-cristallin pouvant se produire lors du procédé d’extrusion. Les mécanismes de cristallisation et la nature des cristallites qui sont formées sont effectivement déterminants pour la tenue mécanique du fil ciblée par l’industriel.Blindage électromagnétique et permittivité diélectrique : les processus et les grandeurs physiques à l’origine de l’interaction d’une onde électromagnétique avec un matériau permettront d’aboutir aux propriétés physiques ciblées pour le blindage électromagnétique. La permittivité diélectrique et notamment la partie imaginaire relative aux pertes est une grandeur déterminante pour notre application.Nanocomposites pour le blindage électromagnétique : une étude bibliographique approfondie permettra de déterminer une liste d’additifs potentiels pour le blindage électromagnétique. Cette étude se focalisera sur les matériaux compatibles avec la nature de la matrice polymère polyéthylène téréphtalate. L’axe de recherche principal portera sur les matériaux absorbants dans la gamme des hyperfréquences.Étude du niveau de blindage électromagnétique apporté par les charges : des échantillons de polyéthylène téréphtalate vierge et chargés, sous forme de plaques, permettront de chiffrer l’efficacité de blindage électromagnétique avec un dispositif de mesure créé au laboratoire.Conception de fil conformément aux attentes de l’industriel : un des objectifs ciblés est de réussir à transposer les paramètres d’extrusion de fil de polyéthylène téréphtalate à un fil de nanocomposite chargé. Ceci passera par une étude complète des caractéristiques physico-chimiques et des mécanismes de cristallisation.Enfin, un des objectifs ciblés par cette thèse est de proposer aux industriels une technique d’analyse fiable, simple et rapide pour caractériser et identifier leurs produits. / The main objective of this thesis is to define the conditions for manufacturing a nanocomposites in the form of charged polyethylene terephthalate wires suitable for an electromagnetic shielding. The wire manufacturing process is based on an extrusion technique that has been adapted from the industrial scale to the laboratory scale.This main objective of this study is then subdivided into several secondary objectives:Rationalization and understanding of the extrusion process on an industrial scale: the experimental parameters of the extrusion line were established empirically by an industrialist. These parameterized values of temperatures and drawing rates thus condition the mechanical strength and the diameter of the wire produced. One of the recurring problems in the plastics industry is the variability of batches of raw material and the adjustment of experimental parameters that results. The influence of each of its parameters on the physicochemical characteristics of the wire at each step of the line is currently unknown to industrialists. An understanding of these experimental parameters could lead to a simpler adjustment of these parameter and to an optimization of the extrusion process.Study of the homothety between the miniature replica and the original extrusion line: the laboratory extrusion line was created from the model of the industrial extrusion line. The dimensions have been reduced and the layout of the various elements has been adapted. This resizing poses the problem of the real homothety between the two lines. Compliance criteria will be established to allow a comparison between the two lines.Study of the polyethylene terephthalate material: the objective is to study the different phase transitions of a semicrystalline polymer that may occur during the extrusion process. The crystallization mechanisms and the nature of the crystallites that are formed are indeed determining for the mechanical strength of the yarn targeted by the manufacturer.Electromagnetic shielding and dielectric permittivity: the processes and the physical quantities at the origin of the interaction of an electromagnetic wave with a material will lead to the targeted physical properties for the electromagnetic shielding. The dielectric permittivity and in particular the imaginary part relating to losses is a determining variable for our application.Nanocomposites for Electromagnetic Shielding: An in-depth literature review will determine a list of potential additives for electromagnetic shielding. This study will focus on materials compatible with the nature of the polyethylene terephthalate polymer matrix. The main research focus will be on absorbent materials in the microwave range.Study of the level of electromagnetic shielding provided by the charges: samples of raw polyethylene terephthalate and loaded, in the form of plates, will be used to quantify the electromagnetic shielding effectiveness with a measurement device created in the laboratory.Wire manufacturing at the laboratory scale : one of the targeted objectives is to successfully transpose the extrusion parameters of polyethylene terephthalate wire to a loaded nanocomposite wire. This will go through a complete study of physicochemical characteristics and crystallization mechanisms.Finally, one of the objectives targeted by this thesis is to offer manufacturers a reliable, simple and fast analysis technique to characterize and identify their products.

Depuis quelques années, une nouvelle gamme de matériaux polyamides hautes performances voit le jour pour des secteurs clés comme l’automobile. Par exemple, ces nouveaux matériaux sont destinés grâce à leur faible densité à alléger les pièces et donc à réduire la consommation de carburant. Les propriétés recherchées sont avant tout une grande stabilité dimensionnelle, une résistance aux hautes températures et une mise en forme facile. L’objectif est la synthèse de ces copolyamides obtenus à partir d’une diamine aliphatique, d’un amino-acide d’origine renouvelable et d’acide téréphtalique. Une augmentation du taux de 6.T au sein du système 11/6.T entraîne alors une augmentation des caractéristiques thermiques mais une perte des propriétés mécaniques. Pour pallier cela, l’objectif suivant est l’amélioration de la ductilité du copolymère en abaissant la température de transition vitreuse mais en gardant des propriétés thermiques élevées. L’intérêt s’est porté sur l’ajout de comonomères ramifiés au sein du système étudié pour agir par plastification interne. Ainsi, l’ajout de comonomères au sein du système entraîne une amélioration des propriétés mécaniques avec une légère baisse du module de traction et une augmentation de l’allongement à la rupture. De plus, il a été mis en évidence une diminution de la reprise en eau lors de l’augmentation du taux molaire de comonomères au sein du système. En conclusion, l’introduction des comonomères permet d’obtenir des nouveaux polyphtalamides avec des propriétés thermiques élevées et des propriétés mécaniques et de reprise en eau améliorées par effet de plastification interne. / In recent years, a new class of crystalline polyamides has been commercialized. These materials known as polyphthalamides contain aromatic groups in the polymer backbone. The aim of the project is to obtain polyphthalamides from raw materials of renewable origin. So, in addition to the aromatic group(s), polyphthalamides are synthesized from an aliphatic diamine and a long-chain monomer of renewable origin. The objectives are to provide novel semi-crystalline, melt processible, partially aromatic copolyamides with high melting point, high glass transition temperatures, low moisture absorption and high dimensional stability. In this study, polyphthalamides with a variable amount of 11 (derived from condensation of 11-amino undecanoic acid) and 6,T units (derived from condensation of hexamethylene diamine and terephthalic acid) are synthetized and it is tried to assess, using thermal analysis, the effect of 6,T units content on the melting point (Tm) and glass transition temperature (Tg) of the resultant copolyamides. As the 6,T unit content is increased, crystalline copolyamides are obtained having a high melting point and a high glass transition temperature. Characterization of molar mass is also performed to check the progress of the synthesis. This work points out that the addition of 6,T units to linear polyamides increases thermal properties. Another possibility can be the addition of various other branched monomers to evaluate their influence on mechanical and thermal properties. The aim is to keep high thermal properties with improving the ductibility of copolyamides. These branched comonomers will act as intern plasticizers. The increase of the comonomers amount in copolymers drives to an improvement of mechanical properties and a decrease of water absorption.

Le travail réalisé dans cette thèse concerne la synthèse de nouvelles structures macromoléculaires aromatiques et hétérocycliques. La synthèse de ces polymères a été envisagée par des procédés de polycondensation non conventionnels. A la différence des réactions classiques utilisées en polycondensation, des réactions de condensation « multi-composants » faisant intervenir trois ou quatre fonctions réactives ont été considérées. Les réactions de Debus-Radziszewski, Hantzsch, et Chichibabin, permettant la formation directe de structures aromatiques et ou hétérocycliques ont été plus particulièrement choisies. Ces polymérisations ont été réalisées à la fois par voie thermique classique et sous irradiation micro-ondes. Trois types de familles de polymères ont été synthétisés avec succès (PIM/PTAI, PPP, P-CNTP). Les résultats obtenus montrent que l’irradiation micro-ondes est bénéfique pour la synthèse de certaines structures, mais cet effet n’est pas systématique. En revanche, la technique d’irradiation sous micro-ondes s’impose comme outil très performant pour le développement de nouvelles structures macromoléculaires de par la réduction significative des temps de polymérisation. L’ensemble de ce travail souligne l’intérêt de la polycondensation par réaction multi-composant et ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de nouveaux matériaux polymères aromatiques / hétérocycliques. / In this thesis, the synthesis of new aromatic and heterocyclic macromolecular structures is reported. These polymers have been synthetized by unconventional polycondensation processes. Unlike classic reactions used in polycondensation, "multicomponent" condensation involving three or four reactive functions were here described. More particularly, the reactions of Debus-Radziszewski, Hantzsch, and Chichibabin, allowing the direct formation of aromatic and heterocyclic structures have been chosen. These polymerizations were carried out both by conventional thermal method and under microwave irradiation. Three types of polymer families have been synthesized successfully (PIM / PTAI, PPP, P-CNTP). The results show that microwave irradiation is beneficial for the synthesis of some structures, but this effect is not systematic. On the other hand, microwave irradiation is a powerful tool to develop new macromolecular structures by significantly reducing the time of polymerization. This work underlines the interest of polycondensation by multicomponent reaction and opens perspectives for the development of new aromatic / heterocyclic polymeric materials.

M. Tech. (Department of Chemistry, Faculty of Applied and Computer Science): Vaal University of Technology / Here, we report the synthesis and characterization of silver (Ag) and silver selenide (Ag2Se) nanoparticles using the metal-organic route method. This method involves the reduction of selenium powder and silver nitrate in the presence of trioctylphosphine as a solvent. Tri-n-octylphosphine oxide (TOPO) and hexadecylamine (HDA) were used in the study as capping molecules. The optical properties of the as-prepared nanoparticles were studied using UV-Visible and photoluminescence spectroscopy (PL). Transmission electron microscopy (TEM) and X-ray powder diffraction (XRD) were used to study the structural properties. The effect of capping molecules and temperature were investigated on the growth of the nanoparticles. The prepared nanoparticles seem to depend on the reaction temperature were the increase in temperature led to an increase in particle sizes. The growth of the as-prepared TOPO-capped Ag2Se nanoparticles was influenced by temperature, this was evident when the temperature was increased, the nanoparticles evolved from sphere to hexagonal shape. TOPO-capped nanoparticles showed the tendency of agglomeration with increase in temperature compared to HDA-capped nanoparticles. The X-ray diffraction results showed peaks which were identified as due to α-Ag2Se body centered cubic compound for both TOPO/HDA-capped Ag2Se nanoparticles. Some evidence of impurities were observed in the XRD analysis and indexed to metallic silver. HDA-capped Ag nanoparticles were found to be affected by temperature variation. The prepared nanoparticles were characterized with UV-Vis spectroscopy and transmission electron microscopy. XRD analysis was not performed due to small yield obtained. The absorption spectra of HDA-capped Ag nanoparticles at different temperatures show a surface Plasmon resonance (SPR) band in the regions 418 - 428 nm. Uniform spherical shapes were obtained for both 130 and 190 °C and fewer particles were obtained at 160 °C. The synthesis of TOPO–capped Ag nanoparticles was unsuccessful since none of the particles were isolated from the solution due to its lower capping ability or it may be that TOPO is binding too strongly to Ag. The polymer nanofibres were electrospun using electrospinning technique. Parameters such as concentration and voltage were investigated. These parameters significantly affect the formation of fibre morphology. PVP and PMMA polymers were used for this study. The electrospun composite fibres were characterized using UV-Visible spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), Thermal gravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformer infrared (FTIR) spectroscopy. The SEM results show that increasing the polymer concentration resulted in increased fibre diameters. Hence increasing the voltage decreases the fibre diameters. Ag2Se nanoparticles were incorporated into PVP and PMMA and electrospun using electrospinning to produce composite fibres. Their addition into PVP polymer fibres improved the fibre’s uniformity and further decreased their diameters. The SEM of composite fibres for PMMA is not shown. The absorption bands for PVP composites fibres show a blue shift from the pure Ag2Se nanoparticles, whereas the one for PMMA show a red shift from the pure Ag2Se nanoparticles. Both the composite fibres for PVP and PMMA show a blue shift from the bulk of Ag2Se. The XRD analysis of the composite fibres shows no significant effect upon addition of Ag2Se nanoparticles on the amorphous peak of the PVP polymer, whereas on the PMMA, it shows peaks which were due to the face centered cubic phase of Ag. The FTIR spectra of the composite fibres and pure polymers (PVP and PMMA) gave almost identical features. TGA curves show no significant effect on the thermal properties of the PVP polymer and its composites, however, on the PMMA composite fibres it show an increase in the thermal stability of the polymers upon addition of Ag2Se nanoparticles. The study was based on silver nanoparicles and its antibacterial activities. One of the synthetic challenges for silver nanoparticles is their solubility and yield. Selenide was introduced in the study to improve such shortcomings of silver nanoparticles and also for possible improved properties, chemical stability and increased activity against bacteria. The selenide group on the metal also provides stronger chemical interaction between the nanoparticles and the polymer. Therefore, the intension was to use these nanoparticles into polymer fibres for potential use in wound dressing.

Le micro-moulage par Injection de Poudres (Micro-PIM) est l’une des technologies permettant de réaliser des micro-composants de très petites dimensions, associés à la miniaturisation et la fonctionnalisation dans différents domaines d’applications. La thèse concerne l’élaboration et la caractérisation de mélanges basés sur des poudres d’acier inoxydable de type 316L, l’identification des paramètres physiques associés à l’étape de densification est traitée. Des modélisations physiques et des simulations numériques de l’étape de densification par diffusion à l’état solide, sont ensuite proposées.De nouvelles formulations de mélanges à base de liants polymériques ont été développées pour différentes granulométries de poudres d’acier inoxydable de type 316L (5 µm et 16 µm). Les différents mélanges élaborés ont été élaborés et validés grâce à des comparatifs entre couples de mélangeages et courbes de viscosité de cisaillement. Les mélanges élaborés avec une formulation de base composée de polypropylène, de cire paraffine et d’acide stéarique, sont adaptés pour les deux types de poudre, et conduisent à des résultats significatifs pour les différents tests réalisés, conduisant à un couple de mélangeage et à une viscosité de cisaillement relativement faibles par rapport aux autres formulations. Le taux de charge critique obtenu pour l’acier inoxydable 316L (5 µm), avec la formulation optimale, est de 68% et a été déterminé par différentes méthodes. Les essais de micro-injection pour le mono-matériau (316L mélange) et les bi-matériaux (mélange de 316 L et Cu) ont été analysés en détail. Des tests d’homogénéité ont été réalisés avant et après l’étape d’injection.Un modèle thermo-élasto-viscoplastique approprié pour modéliser l’étape de densification a été utilisé pour la simulation de la densification des micro-composants. Les paramètres d’identification du modèle physique ont été identifiés pour des mélanges de poudres d’acier 316L (5 µm), pour différents taux de charge (62%, 64% et 66%). Des essais de flexion 3 points et de compression ont été réalisé à l’intérieur d’un dilatomètre vertical avec trois cinétiques de densification (5 °C/min, 10 °C/min et 15 °C/min). Les résultats obtenus par dilatométrie, ont permis l’identification du module de viscosité de cisaillement G, du module de compressibilité K, et de la contrainte de densification σs, Le modèle de comportement associé à la densification, incluant les paramètres identifiés a été implémenté dans le code éléments finis Abaqus©. Des éléments finis adaptés ont été utilisés, tant pour le support, que les quatre micro-éprouvettes de référence. Les simulations de l’étape de densification pour trois différentes cinétiques (5 °C/min, 10 °C/min et 15 °C/min) à 1200°C, ont été réalisées pour l’ensemble des micro-composants dont les taux de charge correspondent respectivement à 62%, 64% et 66%. Les retraits et densités relatives des micro-composants obtenus par simulation sont en très bonne corrélation avec les résultats expérimentaux / Micro-Powder Injection Moulding (Micro-PIM) technology is one of the key technologies that permit to fit with the increasing demands for smaller parts associated to miniaturization and functionalization in different application fields. The thesis focuses first on the elaboration and characterization of polymer-powder mixtures based on 316L stainless steel powders, and then on the identification of physical and material parameters related to the sintering stage and to the numerical simulations of the sintering process. Mixtures formulation with new binder systems based on different polymeric components have been developed for 316L stainless steel powders (5 µm and 16 µm). The characterization of the resulting mixtures for each group is carried out using mixing torque tests and viscosity tests. The mixture associated to the formulation comprising polypropylene + paraffin wax + stearic acid is well adapted for both powders and has been retained in the subsequent tests, due to the low value of the mixing torque and shear viscosity. The critical powder volume loading with 316L stainless steel powder (5 µm) according to the retained formulation has been established to 68% using four different methods. Micro mono-material injection (with 316L stainless steel mélange) and bi-material injection (with 316L stainless steel mélange and Cu mélange) are properly investigated. Homogeneity tests are observed for mixtures before and after injection. A physical model well suited for sintering stage is proposed for the simulation of sintering stage. The identification of physical parameters associated to proposed model are defined from the sintering stages in considering 316L stainless steel (5 µm)mixtures with various powder volume loadings (62%, 64% and 66%). Beam-bending tests and free sintering tests and thermo-Mechanical-Analyses (TMA) have also investigated. Three sintering stages corresponding to heating rates at 5 °C/min, 10 °C/min and 15 °C/min are used during both beam-bending tests and free sintering tests. On basis of the results obtained from dilatometry measurements, the shear viscosity module G, the bulk viscosity module K and the sintering stress σs are identified using Matlab® software. Afterwards, the sintering model is implemented in the Abaqus® finite element code, and appropriate finite elements have been used for the support and micro-specimens, respectively. The physical material parameters resulting from the identification experiments are used to establish the proper 316L stainless steel mixture, in combination with G, K and σs parameters. Finally, the sintering stages up to 1200 °C with three heating rates (5 °C/min, 10 °C/min and 15 °C/min) are also simulated corresponding to the four micro-specimen types (powder volume loading of 62%, 64% and 66%). The simulated shrinkages and relative densities of the sintered micro-specimens are compared to the experimental results indicating a proper agreement

Ce travail de thèse, en partenariat avec l’entreprise ALSTOM, s’inscrit dans une logique de remplacement de pièces industrielles en alliage métallique par des pièces composites pour l’allègement des structures. L’objectif est de contribuer à l’écriture de règles de dimensionnement permettant au partenaire industriel de certifier des pièces structurales annulaires réalisées en composite à matrice thermoplastique thermostable (TPTS) renforcée par des fibres de carbone pour des applications embarquées sur machine tournante. Il s’agit plus exactement de déterminer la durée de vieen fatigue de ces pièces, en particulier en présence d’endommagement, et lorsque celles -ci sont soumises aux chargements inertiels et thermiques de service.Au cours de ce travail de thèse, une méthodologie a été développée afin de répondre à cette demande. La stratégie a consisté à reproduire,à l’échelle d’éprouvettes de laboratoire, l’état de contrainte multi-axial et l’endommagement auxquels la structure industrielle est soumise, et ce en développant et optimisant un essai de traction sur des éprouvettes annulaires entaillées. Les essais multi axiaux plus classiques mettant en œuvre des sollicitations par pression interne présentent effectivement de nombreux problèmes techniques et sécuritaires lorsqu’ils doivent être mis en œuvre à chaud.Une fois la configuration d’essai sur anneau optimisé par simulation numérique, des essais ont été réalisés afin de confirmer l’apparition des endommagements escomptés à l’aide de techniques de contrôle non-destructif. Les essais cycliques réalisés dans cette configuration ont montré une excellente résistance du matériau en fatigue, en particulier pour un ratio de chargement R de 0.5, proche des conditions de service. Les résultats ont également soulignés le fort potentiel restant de ces structures, même après un grand nombre de cycles de chargement. / The objective of this thesis work, in partnership with ALSTOM Company, is to contribute to the writing of design rules in order to qualify and certify annular structures made of thermostable thermoplastic matrix composite reinforced by carbon fibre. These structures are used in rotating machines for embedded applications.This work proposes an innovative methodology to achieve this goal. It consists in reproducing, at the scale of a laboratory specimen, the multiaxial stress and damage states to which the industrial structure is subjected in-service byoptimizing a tensile test on annular notched specimen. More conventional multiaxial tests, based on internal pressureand tensile loading are particularly unsafe and difficult to be performedwhen implemented at elevated temperature.After the optimisation of the ring configuration by numerical simulation, experimental tests were performed to validatethe appearance of the expected damage under loading. Damage was characterized using non-destructive techniques suchas acoustic emission and infrared thermography. The cyclic tests achieved using this configuration showed high fatiguestrength of this material, in particular for a ratio R of 0.5 (equivalent to thein-service ratio). The results also highlight thegreat remaining strength and rigidity of these structures, even after a large number of cycles.