Ce travail est une étude exploratoire pour la production d'un anti-UV inorganique de 2ème génération. Deux produits inorganiques ont été synthétisés et testés.<br />Face à un matériau naturel, hétérogène et dynamique tel que le bois, les résultats d'évaluation des performances de photostabilisation sont assez variables non seulement en fonction de l'essence de bois et du type de résine utilisés mais aussi suivant le type de vieillissement. Parallèlement aux tests de vieillissement, l'effet des différents anti-UV sur les propriétés physico-chimiques et mécaniques des films de finition a été étudié en mettant en oeuvre des techniques d'analyse telle que la spectroscopie UV-visible, TMA, RPE et des essais mécaniques. Il apparaît que le pouvoir photoprotecteur joue un rôle important dans les performances de photostabilisation. D'autre part, contrairement aux absorbeurs UV organiques, les inorganiques font augmenter la Tg facilitant ainsi l'apparition des craquelures du film de finition.

La protection des systèmes d'observations contre les lasers impulsionnels et accordables en longueurs d'onde passe par l'utilisation de matériaux non linéaires auto activés. Parmi ces matériaux, les absorbeurs à deux photons (ADP), qui suscitent un intérêt croissant de par les nombreuses applications, constituent une solution intéressante pour obtenir des limiteurs présentant une bonne transparence et une réponse rapide. Dans une première partie, nous étudions différentes familles de chromophores ADP pour la limitation optique (OL): systèmes branchés purement organiques à base de fluorène (molécules octupolaires et en "V", dendrimères) optimisés pour le visible, et complexes organométalliques pour le proche infrarouge. Dans une seconde partie, une nouvelle voie reposant sur la combinaison de nanotubes de carbones avec d'autres matériaux optiquement non linéaires est explorée afin d'induire des effets coopératifs susceptibles d'améliorer les performances de LO. Nous nous sommes d'abord intéressés à des nanotubes de carbone combinés avec des nano particules d'or, puis nous nous sommes focalisés sur l'étude d'un nouveau système hybride nanotube de carbone/fullerène C6o. Dans ce dernier système, les chromophores C6o absorbeurs saturables inverses (ASI) sont directement greffés à la surface des nanotubes. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence un effet coopératif résonnant entre les deux entités, pour lequel nous proposons une interprétation physique basée sur un mécanisme de recombinaison Auger.

Le développement de nouveaux matériaux pour les absorbeurs sélectifs pour le solaire thermique à concentration est une étape importante dans le déploiement des énergies renouvelables. La température actuelle de fonctionnement de ces absorbeurs (autour de 450°C) doit être augmentée jusqu’à 650°C ou plus, pour rendre cette technologie rentable. Dans ce but, de nouveaux matériaux pour les absorbeurs solaires doivent être développés, pour résister à ces températures sur le long terme, sans dégradation de leurs propriétés d’absorption. Les matériaux composites en couches minces sont des alternatives prometteuses aux matériaux existants, particulièrement les multicouches platine-alumine qui présentent une grande résistance en température et à l’oxydation. Le sujet de cette thèse a pour but de développer un matériau présentant une bonne absorption de l’énergie solaire et d’étudier les mécanismes de vieillissement qui interviennent dans ce matériau à haute température (650°C) sous air. Pour cela, nous nous sommes donc intéressés aux composites de platine et d’alumine. L’utilisation de simulations numériques a permis de développer une structure dont les propriétés optiques ont été optimisées. Ces structures ont ensuite été réalisées par pulvérisation cathodique magnétron et leurs propriétés optiques mesurées pour vérifier la sélectivité des absorbeurs obtenus. Des valeurs d’absorption de α=0.95 et d’émissivité de ε=0.18 ont été obtenues. Par la suite, notre étude a porté sur les différents mécanismes qui interviennent lors du vieillissement, notamment l’impact du substrat, et les parades pouvant être mises en place pour ralentir ce vieillissement. / Developing new absorber material for solar thermal power is a key step in the enhancement of renewable energies. The current working temperature of the absorber in power plant is too low (450°C) and must be raised to at least 650°C to enhance the yield of the plant. New absorber materials must be developed, to resist such high temperatures for many years, without losing their optical selectivity. Multilayer composite materials show promising results, especially platinum-alumina multilayer because of their good thermal stability. The aim of this PhD was to develop an absorber presenting a good solar absorption and to study the degradation mechanisms taking place during the aging at 650°C in air. Therefore, we studied the platinum-alumina multilayer. We used optical simulation to optimize the structure of our absorber. Then we realized these structures by magnetron sputtering and we performed optical characterizations to verify the optical selectivity. Values of absorption and emissivity of α=0.95 and ε=0.18 were obtained. At that point, we performed aging tests on our absorbers to study the degradation mechanisms taking place during aging at 650°C and to find ways to avoid those degradations in future applications.

La situation énergétique actuelle impose le développement de technologies qui utilisent des énergies renouvelables pour limiter la dépendance aux ressources fossiles et diminuer l’impact de l’activité humaine sur le changement climatique. Parmi ces technologies, le solaire thermodynamique utilise l’énergie solaire pour chauffer un absorbeur, l’énergie de cet absorbeur étant alors convertie en électricité à travers un cycle thermodynamique classique. L’amélioration des performances de cette technologie passe par la conception d’absorbeurs capables de fonctionner efficacement à haute température. Dans ce travail de thèse, nous explorons deux voies différentes dans ce but.La première est basée sur la conception de structures multicouches optimisées par algorithme génétique. Nous montrons que ces structures permettent d’obtenir un rendement supérieur à 80 %, valeur très proche des limites fondamentales, démontrant ainsi leur fort potentiel pour le solaire thermodynamique.La seconde voie est basée sur l’optimisation des interactions électromagnétiques dans des structures plasmoniques à base de nanoparticules métalliques. Ces structures sont le siège d’effets coopératifs qui peuvent exalter très fortement les pertes dans la structure. Ces mécanismes sont mis à profit pour concevoir des absorbeurs à base de réseaux binaires de nanoparticules d’or et d’argent dispersées dans une matrice transparente. / The current energy situation requires the development of technologies that use renewable energy sources to reduce the dependence on fossil fuels and the impact of human activity on climate change. Among these technologies, thermodynamic solar power uses solar energy to heat an absorber, whose heat is then converted into electricity through a classical thermodynamic cycle. The improvement of the performances of this technology requires the design of absorbers able to operate strongly at high temperature. In this thesis, we explore two different ways for this purpose.The first is based on the design of multilayer structures optimized by a genetic algorithm.We will see that these structures lead to an efficiency higher than 80 %, very close to the fundamental limits, demonstrating so their strong potential for thermodynamic solar technology. The second way is based on the optimization of electromagnetic interactions inside plasmonic nanostructures composed of metal nanoparticles. These structures are the site of cooperative effects between nanoparticles that can exalt strongly losses inside the structure. These mechanisms are exploited to design absorbers based on binary networks made with nanoparticles of gold and silver dispersed in a transparent matrix.

Les travaux effectués durant cette thèse portent sur l’étude du comportement mécanique dynamique de solutions amortissantes passives utilisées pour la réduction des niveaux vibratoires et la stabilisation des systèmes optroniques embarqués au sein de l’entreprise Thales LAS France. Ces solutions intègrent des matériaux élastomères au fort pouvoir dissipatif dont le comportement doit être parfaitement maîtrisé pour un bon dimensionnement de l’isolation vibratoire, et ce malgré leur dépendance à la température et à la fréquence. L’objectif général est d’améliorer la connaissance du comportement de ces matériaux, leur caractérisation, leur prise en compte dans les simulations numériques afin d’améliorer les pratiques employées dans les bureaux d’études qui conçoivent les structures accueillant ces systèmes.Dans ce cadre, les travaux présentés portent tout d’abord sur la caractérisation, la modélisation et l’identification du comportement viscoélastique des élastomères employés dans des amortisseurs de Thales LAS France. Un modèle de type Maxwell généralisé (GMM) est utilisé pour décrire ce comportement, et est introduit dans un modèle éléments finis de l’amortisseur afin d’obtenir une représentation physique satisfaisante de son comportement mécanique dynamique. Le problème est réécrit sous la forme d’une représentation d’état originale qui est associée à une stratégie de réduction de modèle pour réduire les temps de calcul. Différentes simulations sont alors réalisées pour illustrer le potentiel de l’approche proposée, analyse modale complexe, réponse fréquentielle et réponse temporelle. La température ayant une influence primordiale sur le comportement mécanique des élastomères, un modèle matériau thermomécanique spécifique est proposé en identifiant l’évolution en température de paramètres du GMM, et une analyse de robustesse portant sur la capacité de dissipation de l’amortisseur témoin en présence de méconnaissances sur cette variable est réalisée en se basant sur la théorie Info-Gap.L’analyse d’une campagne d’essais a permis de constater l’apparition d’un assouplissement de la structure sous de fortes sollicitations, laissant augurer la présence de non-linéarités. Un autre aspect abordé durant cette thèse porte ainsi sur la caractérisation, la modélisation et l’identification des phénomènes non-linéaires pouvant impacter le comportement dynamique de l’amortisseur. Deux sources ont été mises en évidence : une non-linéarité matérielle liée à la dépendance des caractéristiques mécaniques des élastomères au taux de déformation (effet Payne), et une non-linéarité de type contact liée à la présence de butées. Ces comportements ont été implémentés dans une représentation réduite de l’amortisseur afin d’expliquer les phénomènes non-linéaires observés expérimentalement au cours des campagnes de qualification du produit.Enfin, la dernière partie de ces travaux de thèse porte sur la conception d’un réseau d’absorbeurs à masses accordées (MTMD) afin de réduire le niveau vibratoire d’une pièce structurale supportant les systèmes optiques. Après une formulation du problème éléments finis, une procédure d’optimisation des paramètres du MTMD est mise en œuvre et une analyse de robustesse de la solution optimale en présence d’incertitudes sur la fréquence propre à contrôler est effectuée. Cette étude est menée pour différents jeux de paramètres et une méthode d’optimisation robuste est proposée en combinant la procédure d’optimisation et la théorie Info-Gap. Pour finir, une maquette du système étudié est réalisée ainsi qu’une version simplifiée de son MTMD associé afin de mettre à l’épreuve les règles d’accordage issues des études numériques grâce à une série d’essais vibratoires. / The work carried out during this thesis deals with the study of the dynamic mechanical behavior of passive damping solutions used for the reduction of vibration levels and the stabilization of embedded optronic systems within Thales LAS France company. These solutions integrate elastomer materials with high dissipative power, whose behavior must be perfectly controlled for a good mechanical dimensioning of vibration isolation, despite their dependence on temperature and frequency. The general objective is to improve the knowledge of these material behavior, the characterization techniques, and the method taking into account this behavior in the numerical simulations in order to improve the practices used in the engineering department that design the structures hosting these systems.In this context, the work presented first focuses on the characterization, the modeling and the identification of the viscoelastic behavior of elastomers used in Thales LAS France damping devices. A Generalized Maxwell Model (GMM) is used to describe this behavior, and is introduced into a finite element model of the damper to obtain a satisfactory physical representation of its dynamic mechanical behavior. The problem is rewritten as an original state space representation that is associated with a model reduction strategy to reduce computation times. Various simulations are moreover performed to illustrate the potential of the proposed approach, such as complex modal analysis, frequency response and temporal response. Since temperature has a major influence on the mechanical behavior of elastomers, a specific thermomechanical material model is proposed by identifying the temperature evolution of GMM parameters, and a robustness analysis on the dissipation ability of the damper in the presence of a lack-of-knowledge on this variable is carried out based on the Info-Gap theory.Experimental test results showed the appearance of a softening of the structure under heavy load, suggesting the presence of non-linearities. Another aspect of this thesis deals with the characterization, the modeling and the identification of non-linear phenomena that can impact the dynamic behavior of the damper. Two sources have been highlighted: a material non-linearity related to the dependence of the mechanical characteristics of the elastomers to the rate of deformation (Payne effect), and a contact non-linearity related to the presence of mechanical stops. These behaviors were implemented in a reduced representation of the damper to explain the nonlinear phenomena observed experimentally during the damping device qualification campaigns.Finally, the last part of this thesis deals with the design of a network of tuned mass absorbers (MTMD) in order to reduce the vibratory level of a structural part supporting optical systems. After a formulation of the finite element problem, a procedure for optimizing the parameters of the MTMD is implemented and a robustness analysis of the optimal solution in the presence of uncertainties on the specific eigenfrequency to be controlled is performed. This study is carried out for different sets of parameters and a robust design optimization method is proposed by combining the optimization procedure and the Info-Gap theory. Finally, a model of the studied system is realized as well as a simplified version of its associated MTMD in order to test the tuning rules resulting from numerical studies thanks to a series of experimental tests.

Cette thèse est consacrée à la réalisation de composites constitués d’inclusions ferromagnétiques dispersées dans une matrice diélectrique en vue d’obtenir des absorbeurs hyper fréquences dans la gamme 1 GHz – 5 GHz. La principale originalité de notre étude repose sur l’utilisation de particules à forte anisotropie géométrique dites sous forme de «pétales». En raison de leurs bonnes propriétés magnétiques (perméabilité et aimantation à saturation élevées), notre choix s’est porté sur l’utilisation d’alliages NiFeMo et FeSiAl pour cette étude. Dans un premier temps, les particules sous forme de pétales sont obtenues par mécanosynthèse. Un ajustement des paramètres de broyage a permis d’obtenir des pétales avec différents rapports de forme (longueur latérale sur épaisseur). Les particules sont ensuite incorporées à une barbotine constituée d’un liant et d’un plastifiant qui est par la suite coulée en bandes selon le procédé Doctor Blade. Les propriétés structurales et magnétiques des particules broyées ainsi que l’orientation des particules dans le composite ont été caractérisées. Dans une seconde partie, les spectres de perméabilité et de permittivité des composites ont été mesurés en cellule monospire et en ligne coaxiale APC7. Les évolutions des spectres en fonction de la quantité de particules dans le composite ainsi qu’en fonction du rapport de forme des particules ont été étudiées. Il a été montré que la transformation en pétales permettait d’obtenir des niveaux élevés de perméabilité et de permittivité. Ainsi, afin d’avoir un absorbeur de qualité, il est nécessaire de limiter les niveaux de permittivité en enrobant les particules. Les pétales NiFeMo ont été enrobés par de la silice selon le procédé Stöber et ceux à base de FeSiAl par oxydation partielle. Les propriétés magnétiques et électriques dynamiques de composites chargées par des pétales enrobés ont également été étudiées. Des modèles analytiques (loi de mélange de Maxwell-Garnett pour la perméabilité et lois d’Odelevsky et de Mclachlan pour la permittivité) ont été utilisés pour reproduire les principales caractéristiques radioélectriques des spectres de perméabilité et de permittivité Enfin, les performances électromagnétiques de ces composites ont été évaluées en considérant le problème générique de la réflexiond’une onde plane sur des revêtements recouvrant un support métallique. Le passage sous forme de pétales a permis de gagner en taux de charge et en épaisseur de couche absorbante par rapport aux composites chargés par des sphères. Cependant, un taux de charge élevé en pétales entraine une augmentation importante de la permittivité réelle et nuit à la condition d’accord. L’enrobage à la silice des pétales NiFeMo a permis de réduire la permittivité et d’atteindre un niveau d’absorption plus important. Ainsi, nous avons pu réaliser des matériaux composites plus légers et plus minces, absorbants dans la gamme de fréquence recherchée / This thesis deals with composites material containing ferromagnetic flaky-shaped particles (high length to thickness ratio) which exhibit improved microwave properties in terms of permeability spectra. It aims at obtaining effective absorbers in the 1 GHz – 5 GHz range. Because of their good magnetic properties (high permeability and saturation magnetization), NiFeMo and FeSiAl alloys were chosen as fillers. Firstly, composite sheets containing flaky-shaped particles were elaborated. Particles with different aspect ratios were obtained through a ball-milling process and then mixed with polymers in a slurry which is casted into sheets by using the Doctor Blade method. Structural and magnetic properties of milled particles and their orientation in the dielectric matrix were investigated. Then, permeability and permittivity spectra measurements were carried out using a single coil permeameter and a standard APC-7 coaxial line. Their evolutions with the particles aspect ratio and the particles volume content in the matrix were studied. It was shown that flaky shaped particles exhibit higher permeability and permittivity levels. Hence, to avoid impedance mismatch, lowering permittivity levels by using an insulating layer is necessary. Consequently,NiFeMo flakes were coated with a silica layer through the Stöber process and FeSiAl flakes with an oxide layer through oxidation. Electromagnetic properties of composites filled with coated flakes were also studied. In addition, permeabilityspectra were fitted combining the Landau-Lifshitz-Gilbert equation and the Maxwell-Garnet mixing rule. Permittivity spectra were fitted using Odelevsky and Mclachlan laws. Finally, their efficiency as a microwave absorber is estimated by calculating the reflection loss of a normal incident electromagnetic wave on an absorbing layer backed by a perfect conductor. Using flaky particles instead of spherical ones allowed the use of lighter and thinner layer. However, it resulted in high permittivity levels and lead to impedance mismatches. Insulating NiFeMo flakes with a silica layer reduced permittivity levels and allowed better absorbing properties. By using flaky shaped particles, we elaborated thinner and lighter microwave absorbers in the 1 GHz – 5 GHz range.

Dans les centrales solaires à concentration, le flux solaire est concentré sur des récepteurs pour chauffer un fluide de transfert jusqu’à 600°C. Dans le but d’améliorer leurs propriétés optiques, ces récepteurs peuvent être recouverts par des revêtements multicouches à sélectivité spectrale. Ces travaux portent sur le développement de structures optiquement sélectives innovantes, absorbantes dans le domaine du rayonnement visible et proche infrarouge (faible réflectivité) et peu émissives (forte réflectivité) pour le rayonnement infrarouge. Nous avons développé des empilements multicouches associant un métal réfractaire avec une céramique ce qui permet d’améliorer l’absorption dans le visible ainsi que la stabilité thermique. Les couches sont déposées par plasma combinant la PACVD et la PVD. L’étude de faisabilité du procédé transférable à l’industrie, son développement et son optimisation via la conception d’un réacteur innovant, le dépôt et la caractérisation des couches, leur association dans des empilements optiquement sélectifs performants et l’étude de leur vieillissement ont été réalisés. / In concentrated solar power (CSP) plants, solar flux is concentrated on receivers to heat a transfer fluid up to 600°C. In order to improve their optical properties, these receivers can be covered by multilayered spectrally selective coatings. This work is devoted to designing and developing innovative spectrally selective structures showing strong absorption (low reflectivity) in the visible and near infrared range and low emissivity (high reflectivity) in the infrared range. We developed such stacks associating a refractory metal with high IR reflectivity and a ceramic which improves absorption in the visible range and thermal stability. The coatings were synthesized by plasma techniques, combining PACVD and PVD. Pre-industrial process feasibility, its development and optimization through the design of an innovative reactor, layer deposition and characterization, their combination in efficient optically selective stacks and the study of their aging have been achieved.

Le phénomène de résonance sol (PRS) est une instabilité pouvant survenir lorsque l’hélicoptère est au sol et le rotor est en marche ; elle peut vite aboutir à la destruction de l’appareil. L’origine de l’instabilité est un couplage entre les mouvements de roulis du fuselage posée sur le train d’atterrissage et le mouvement asymétrique de l’ensemble des pales dans le plan du rotor principal. Etudier théoriquement des alternatives de stabilisation par des absorbeurs de vibration linéaires (tuned mass dampers - TMD) et non linéaires (nonlinear energy sinks - NES) c’est le sujet de ce travail de thèse. Ces possibilités sont étudiées en ajoutant à un modèle minimal d’un hélicoptère à quatre pales identiques (rotor isotrope),précédemment étudié par l’équipe de l’ISAE, d’abord, un TMD au fuselage, puis des TMD identiques auniveau de l’articulation des pales du rotor. Ensuite, des dispositifs à raideur purement non linéaire (NES)sont considérées, d’abord, au fuselage, puis, aux pales du rotor (NES identiques). / Helicopter ground resonance (HGR) is an instability phenomenon that can occur when helicopters exhibit a spinning rotor when grounded; it can lead the structure to rapidly break apart. The phenomenon originates from a coupling between asymmetric modes of in plane blade oscillations (lead/ lag) and the roll of a grounded fuselage. The verification of alternative stabilization devices such as tuned mass dampers (TMD) and nonlinear absorbers (nonlinear energy sinks - NES) is the objective of this thesis. These possibilities are theoretically investigated by embedding a four-bladed helicopter minimal model - proposed and previously studied by the ISAE team - first, with a TMD in the fuselage, then with four identical TMDs in each blade lag hinge. Then, a NES attached to the fuselage is considered and eventually a set of four identical NES attached to the blade lag hinges of the model is proposed and analyzed.