Les besoins de réduction du poids se sont concrètement traduits par l'introduction de nouvelles nuances plus légères dans les structures automobiles. Ainsi, des alliages d'aluminium ont commencé à être intégrés dans les pièces de structure de plusieurs véhicules. La faible masse volumique des alliages d'aluminium (2,7g/cm 3 ) permet d'alléger le poids du véhicule qui entraîne une diminution de la consommation de carburant et, donc, des émissions de gaz à effet de serre. La striction et la rupture sont les principaux modes de défaillance qui entrainent le rebut systématique des pièces. C'est pourquoi, améliorer la prédiction d'apparition de ces défauts lors de la simulation va dans le sens d'une meilleure maitrise du procédé. Dans le cadre de ce travail doctoral, deux modèles sont développés pour simuler le comportement à grandes déformations d'alliages d'aluminium : un modèle polycristallin de type Taylor et un modèle à un ou plusieurs éléments finis par grain.Les diagrammes limites de formage (DLF) pour les deux alliages d'aluminium AA5754 et AA6063 ont été simulés numériquement en utilisant une formulation par éléments finis pour les polycristaux basée sur l'hypothèse de Taylor.Les DLF conventionnels et de l'hydroformage ont été traces. L'effet des chemins de déformation sur la formabilité des alliages d'aluminium a aussi été étudié. Finalement, des simulations numériques avec les données de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) pour l'alliage d'aluminium AA5754 ont été effectuées en utilisant le modèle à un ou plusieurs éléments par grain. Ces simulations sont exécutées avec différents modèles du durcissement (Asaro, Bassani et puissance).

Ce travail porte sur la compréhension de la synthèse par voie chimique de nanoparticules (NPs) de FePt et FePd, et sur la recherche de voies pour obtenir la phase cristalline L10, en évitant les phénomènes de coalescence associés au recuit thermique. En remplaçant l'oleylamine par l'hexadécanenitrile, les NPs de FePt de 3-4 nm ont une composition interne plus homogène. Par une étude systématique (plan d'expérience reposant sur les tables de Taguchi), nous avons développé la synthèse de NPs de FePd, en mettant en évidence l'impact de chaque ligand et du réducteur. Afin d'induire la transition de phase sans coalescence des NPs, nous avons exploré deux méthodes. Dans la première, nous proposons de générer les lacunes par l'irradiation par d'ions légers, leur diffusion étant permise par un recuit à température modérée (300°C). Nous observons, sans coalescence, un accroissement important de l'anisotropie magnétique des NPs, avec une température de blocage multipliée par 4. Cependant, l'ordre chimique élevé de la phase L10 n'est pas obtenu, ce que nous interprétons. Notre seconde approche repose sur la dispersion des NPs dans une matrice granulaire de NaCl avant le recuit à 700°C. L'ordre chimique et l'anisotropie magnétocristalline obtenues sont élevées, la température de blocage est supérieure à 400°C. Nous avons mis au point une méthode pour transférer ces NPs dans des solutions stables, aqueuses ou organiques. Ces NPs de très forte anisotropie sont maintenant disponibles pour des manipulations et l'auto-organisation. Elles ouvrent de nombreuses perspectives d'études fondamentales et d'applications (stockage de l'information, biologie...).

Les poudres d'alliages aluminium-nickel produites par atomisation peuvent être traitées pour préparer du nickel de Raney, un catalyseur utilisé dans de nombreux procédés industriels. L'activité du catalyseur dépend fortement du déroulement des multiples réactions de solidification pendant l'atomisation. Un modèle de microségrégation pour la solidification d'alliages métalliques est alors développé. En considérant des flux de diffusion finis, des cinétiques de réactions dendritique, péritectique et eutectique et des surfusions de germination, une alternative plus évoluée est proposée aux modèles de Gulliver-Scheil ou de la loi des leviers. Le couplage avec des calculs d'équilibre thermodynamique est effectué pour évaluer les compositions des interfaces et les termes d'enthalpie dans le bilan d'énergie. Le modèle est appliqué à un alliage binaire, avec des densités de phases constantes, pour simuler le procédé d'atomisation de gouttes d'alliage Al-Ni. Un modèle dédié est choisi pour les conditions aux limites d'échange de chaleur. Les résultats sont comparés à des mesures expérimentales obtenues par diffraction de neutron. Des interprétations sont alors établies sur les comportements non triviaux des alliages Al-Ni solidifiés rapidement. Le modèle proposé permet ainsi d'appréhender les effets concurrents des différentes cinétiques (diffusion chimique, bilan d'énergie, vitesse croissance des microstructures, etc.) lors de la solidification hors équilibre. Les principaux développements envisageables autour de ce travail incluent : l'extension aux alliages multicomposés, l'inclusion de densités variables, le couplage avec des calculs macroscopiques.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'utilisation de revêtements sol-gel pour la protection contre la corrosion des métaux est une alternative aux traitements à base de chromates, proscrits du fait de leur forte toxicité. Ces travaux de thèse ont porté sur la caractérisation de revêtements sol-gel hybrides organique-inorganique contenant des pigments inhibiteurs de corrosion non toxiques, pour la protection contre la corrosion de l'alliage d'aluminium 2024. Tout d'abord, la caractérisation par spectroscopie d'impédance électrochimique de différents revêtements relativement poreux a permis d'analyser l'influence de l'épaisseur, de la température de séchage, de l'hydrolyse de la partie silane et du ratio silane/amine sur les performances du revêtement, en particulier des propriétés barrière. Puis, l'ajout d'un époxy dans la formulation a permis d'augmenter de façon significative les propriétés barrière du film. Les diagrammes d'impédance présentent une dispersion en fréquence, exprimée en termes de « constant phase element (CPE) », en haute et basse fréquence. En haute fréquence, ce comportement a été analysé à l'aide d'un modèle qui permet d'obtenir des profils de résistivité dans l'épaisseur du revêtement et au cours du temps d'immersion. Ce modèle est appliqué pour la première fois à l'étude de revêtements. Différents pigments inhibiteurs de corrosion ont ensuite été incorporés dans des revêtements de porosité différente. L'action des inhibiteurs est exacerbée lorsqu'ils sont incorporés dans un revêtement poreux. Néanmoins, lorsqu'ils sont incorporés dans un film dense, les performances vis-à-vis de la résistance à la corrosion sont élevées. / The use of sol-gel coatings for the protection against the corrosion of metals is an alternative to chrome-based treatments, banned for the industry for their high toxicity. This work is based on the characterisation of hybrid organic-inorganic coatings, filled with non-toxic corrosion inhibitors, for the protection against the corrosion of aluminium alloy 2024. First, the characterisation by electrochemical impedance spectroscopy of different, relatively porous coatings, allowed the investigation of the influence of thickness, drying temperature, silane hydrolysis, and the silane/amine ratio on the coating performances, in particular the barrier properties. Then, the addition of an epoxy compound in the formulation allowed a significant increase in the film barrier properties. The impedance diagrams show a frequency dispersion, expressed in terms of a constant phase element (CPE), both in the high and low frequency range. In the high frequency range, this behaviour was analyzed using a model that allows obtaining resistivity profiles in the thickness of the coating and with immersion time. This model is applied for the first time to study coatings. Different corrosion inhibitors were then incorporated in coatings of different porosity. The action of the inhibitors was heightened when they are incorporated in a porous coating. Nevertheless, in a dense coating, the performances towards corrosion are high.

Les structures aéronautiques peuvent être soumises à des sollicitations sévères telles que les collisions, les impacts de volatiles, etc … Sous l’effet de ces sollicitations rapides, qui du fait de leurs temps caractéristiques très courts limitent les transferts thermiques, le matériau peut dissiper l’énergie dans des zones de déformation localisée qui peuvent conduire à une ruine prématurée de la structure. Le travail de la thèse porte sur la définition d’une méthodologie expérimentale destinée à étudier les conditions de rupture de matériaux à haute résistance à vocation aéronautique consécutives à un endommagement dynamique. Ce travail comprend : •la mise au point d’essais rapides de cisaillement ; •des observations microstructurales des matériaux avant et après sollicitation ; •la simulation numérique des essais. / Aeronautical structures may be submitted to severe loading such as collisions, bird strike, etc. Under dynamic loading, involving quasi adiabatic conditions, the material may dissipate energy within zones of localised deformation wich may lead to the premature failure of the structure. The PhD work aims at defining an experimental methodology devoted to study the conditions of fracture of aeronautical, high strength materials intervening after dynamic damage. Tasks include notably: * definition of dynamic shear tests * microstructural observation of the material before and after loading * numerical simulation * Development of fracture criterion

La fusion laser sélective d’un lit de poudres (Selective Laser Melting – SLM) connait un véritable essor depuis quelques années,notamment en ce qui concerne la production de pièces métalliques. La faible densité des alliages d’aluminium, conjuguée à l’optimisation de conception rendue possible grâce aux procédés de fabrication additive, assure un gain de masse des structures conséquent, ce qui intéresse fortement les industriels des domaines automobile et aéronautique. Cependant, les propriétés finales des pièces aluminium fabriquées par SLM dépendent des nombreux défauts sont générés lors de la fabrication (porosités, fissuration à chaud, état de surface, …). Cette thèse s’intéresse aux moyens de mieux maîtriser ces problèmes en explorant trois axes : Une identification et sélection des méthodes de caractérisations adaptées aux spécificités des matériaux métalliques élaborés par les procédés de fabrication additive « lit de poudre » a été mise en place. Par exemple, la comparaison de différentes méthodes de détermination de la densité relative de pièces nous a permis de montrer les avantages et inconvénients de chacune des techniques employées ; Une étude du moyen de fabrication SLM a mis en évidence l’influence de différents facteurs (flux de gaz, position des éprouvettes sur le plateau de construction, méthodes de dépôt de la poudre) sur les propriétés finales des pièces produites.Ces éléments ont un impact sur la densité des pièces, leurs propriétés de surface et leurs propriétés mécaniques. Nous avons ainsi constaté que la façon de positionner une pièce sur le plateau est une étape de la préparation d’une fabrication à ne pas négliger ; Les études paramétriques menées sur deux types d’alliages d’aluminium, AlSi7Mg0,6 et AM205, ont montré que la composition chimique de l’alliage d’aluminium employé influence de façon non négligeable le jeu de paramètres opératoires à appliquer pour fabriquer une pièce de manière optimale. La densité d’énergie volumique ψ, rapport de la puissance laser avec le produit de la vitesse de lasage, de la distance inter-cordons et de l’épaisseur de couche, est utilisée de façon classique pour l’optimisation des conditions opératoires en SLM. Nos études expérimentales à différentes échelles (1D et3D) ont permis de mettre en évidence les limites de ce critère. La combinaison de ces résultats à la simulation numérique du lasage d’un cordon de poudre a servi de base à la définition d’un premier modèle dont l’objectif sera à terme d’optimiser le choix des paramètres de fabrication. / Interest in selective laser melting (SLM) has been growing in recent years, particularly with regard to the production of metal parts.The low density of aluminum alloys, combined with the possible design optimization enabled by additive manufacturing processes,ensures a significant decrease in the mass of structures which is very interesting for manufacturers in the automotive and aerospaceindustries. However, it is difficult to control the final properties of aluminum parts manufactured by SLM because many defects, suchas porosity, hot cracking, and surface roughness, are generated during the process. To better understand how to optimize theperformance of SLM aluminium parts, several studies were conducted during this work: An identification and selection of characterization methods well-adapted to the specificities of metallic materials developedby powder bed additive manufacturing processes was established. For instance, the comparison of different methods ofdetermining the relative density of parts showed the advantages and disadvantages of each of the techniques; A study of the SLM machine highlighted the influence of various factors (gas flow, positions of specimens on the constructionplate, or methods of depositing the powder) on the final properties of the produced parts. These elements have an impacton the density of the parts, their surface properties, and their mechanical properties. We found that the positioning of a pieceon the tray is a critical step in the preparation of a build that is not to be neglected; Parametric studies carried out on two types of aluminum alloys—AlSi7Mg0,6 and AM205—have shown that the chemicalcomposition of the aluminum alloy used has a significant influence on the set of operating parameters required tomanufacture an acceptable aluminum alloy part. The energy density, ψ, which is the ratio of the laser power to the productof the lasing speed, the hatching distance, and the layer thickness, is conventionally used for the optimization of the operatingconditions in SLM. Our experimental studies performed at different scales (1D and 3D) have shown the limits of this criterion.The combination of these results with the numerical simulation of the lasing of a single powder bead served as a basis forthe definition of an initial model, the final objective of which will be to optimize the choice of manufacturing parameters.

Les MOSFETs ultra-thin body UTB ont été fabriqués avec une technologie auto-alignée. Le canal conducteur est constitué d’InGaAs à 75% de taux d’indium ou d’un composite InAs/In0,53Ga0,47As. Une fine couche d'InP (3 nm) a été insérée entre le canal et l'oxyde, afin d’éloigner les défauts de l’interface oxyde-semiconducteur du canal. Enfin, une épaisseur de 4 nm d'oxyde de grille (Al2O3) a été déposée par la technique de dépôt des couches atomiques. Les contacts ohmiques impactent les performances des MOSFETs. La technologie UTB permet difficilement d’obtenir des contacts S/D de faibles résistances. De plus, l’utilisation de la technique d’implantation ionique pour les architectures UTB est incompatible avec le faible budget thermique des matériaux III-V et ne permet pas d’obtenir des contacts ohmiques de bonne qualité. Par conséquent, nous avons développé une technologie auto-alignée, basée sur la diffusion du Nickel « silicide-like » par capillarité à basse température de recuit (250°C) pour la définition des contacts de S/D. Finalement, nous avons étudié et analysé la résistance de l'alliage entre le Nickel et les III-V. A partir de cette technologie, des MOSFET In0,75Ga0,25As et InAs/In0,53Ga0,47As ont été fabriqués. On constate peu de différences sur les performances électriques de ces deux composants. Pour le MOSFET InAs/InGaAs ayant une longueur de grille LG =150 nm, un courant maximal de drain ID=730 mA/mm, et une transconductance extrinsèque maximale GM, MAX = 500 mS/mm ont été obtenu. Le dispositif fabriqué présente une fréquence de coupure fT égale à 100 GHz, et une fréquence d'oscillation maximale fmax de 60 GHz, pour la tension drain-source de 0,7 V. / The UTB MOSFETs were fabricated by self-aligned method. Two thin body conduction channels were explored, In0,75Ga0,25As and a composite InAs/ In0,53Ga0,47As. A thin upper barrier layer consisting of InP (3nm) is inserted between the channel and the oxide layers to realized a buried channel. Finally, the Al2O3 (4 nm) was deposited by the atomic layer deposition (ALD) technique. It is well known that the source and drain (S/D) contact resistances of InAs MOSFETs influence the devices performances. Therefore, in our ultra-thin body (UTB) InAs MOSFETs design, we have engineered the contacts to achieve good ohmic contact resistances. Indeed, for this UTB architecture the use of ion implantation technique is incompatible with a low thermal budget and cannot allow to obtain low resistive contacts. To overcome this limitation, an adapted technological approach to define ohmic contacts is presented. To that end, we chose low thermal budget (250°C) silicide-like technology based on Nickel metal. Finally, we have studied and analyzed the resistance of the alloy between Nickel and III-V (Rsheet). MOSFET with two different epilayer structures (In0,75Ga0,25As and a composite InAs/ In0,53Ga0,47As) were fabricated with a gate length (LG) of 150 nm. There were few difference of electrical performance of these two devices. We obtained a maximum drain current (ION) of 730 mA/mm, and the extrinsic transconductance (GM, MAX) showed a peak value of 500 mS/mm. The devices exhibited a current gain cutoff frequency fT of 100 GHz and maximum oscillation frequency fmax of 60 GHz for drain to source voltage (VDS) of 0.7 V.

Les technologies photovoltaïques représentent un grand espoir dans le domaine de l’énergie. Nous en sommes actuellement à la troisième génération de cellules solaires, composées de dispositifs nano structurés. A ces échelles, les performances mesurées par des techniques usuelles sont globales. Pour accéder aux grandeurs physiques locales, des outils de caractérisation avancés sont nécessaires. L’objectif de cette thèse est la mesure de travail de sortie et de temps de vie de porteurs par microscopie à force atomique et spectroscopie électronique. Après un rappel historique sur les technologies permettant de récolter l’énergie lumineuse, puis une explication détaillée du principe de fonctionnement des techniques de caractérisation employées, nous présenterons trois études :1) Une mesure de travail de sortie sur hétérostructures de silicium-germanium par XPEEM et KFM, pour démontrer la complémentarité des deux techniques. Nous verrons qu’elles sont capables d’imager des variations de travaux de sorties de l’ordre de 10 meV, et qu’elles ont permis de révéler un effet d’inversion de contraste dû à un état de surface. 2) Une mesure de travail de sortie par KFM sur matériaux III-V. Nous verrons que la résolution spatiale maximale est dépendante d’un effet de recouvrement de courbure de bandes, mis en évidence grâce à une simulation auto-cohérente du potentiel de surface. 3) Une technique permettant de reconstruire une cartographie de temps de vie de porteurs, grâce à l’acquisition de plusieurs images KFM sous illumination modulée en fonction de la fréquence. Cette technique a été appliquée avec succès sur une cellule solaire organique de type PBTFB-PCBM. / Photovoltaic technologies represent a great hope for actual energetic issues. We are now working with the third generation of solar cells, composed of nano structured devices. At these levels, the performances measured by conventional techniques are averaged. In order to access local physical quantities, advanced characterization technics have to be developed. The goal of this thesis is the local measurement of work function and carrier lifetime by atomic force microscopy and electron spectroscopy. After a historical overview on photovoltaic technologies and a detailed explanation of the operating principle of the characterization techniques, we present three studies:1) A work function measurement on silicon-germanium heterostructures by XPEEM and KFM, to demonstrate the complementarity of these techniques. We saw that both are able of imaging small (10 meV) work function variations, and have revealed a contrast inversion effect due to a surface state.2) A work function measurement by KFM on III-V materials. We saw that the maximum spatial resolution is dependent on a bend bending covering effect, highlighted with a self-consistent simulation of the surface potential.3) A technique giving access to carrier lifetime mappings, through the acquisition of several KFM images as a function of frequency modulated illumination. This technique has been successfully applied to an PBTFB-PCBM organic solar cell.

Le travail consiste en l'optimisation de la microstructure d'un alliage usuel TA6V par obtention de phases métastables. Ces nouvelles microstructures, obtenues par traitements thermiques, permettent d'améliorer la tenue mécanique (statique et en fatigue) de l'alliage sans pour autant changer la biocompatibilité. / This PhD aims at optimizing the microstructure of the usual TA6V alloy by using metastable phases. These new microstructures, obtained by thermal treatments, permit to improve the mechanical strength (static but also the fatigue ones) without modifying the biocompatibility.