Une recherche active se consacre depuis trente ans au développement de matériaux auto-réparants capables de sentir un dommage et d'y répondre de façon autonome afin de restaurer leurs propriétés d'origine. Nous nous sommes intéressés à l'auto-réparation remarquable d'élastomères supramoléculaires formés par un réseau d'oligomères associés via des liaisons hydrogènes faibles et réversibles. Pour cela, une approche expérimentale a été mise au point afin de caractériser quantitativement l'adhésion entre deux surfaces d'élastomère et notamment de comparer l'auto-adhésion de surfaces vieillies proches de l'équilibre thermodynamique et l'auto-réparation de surfaces de fracture hors-équilibres. Sur une large plage de temps de contact allant de 1s à 17h, nous trouvons que la séparation de surfaces de fracture remises en contact requiert une énergie de près d'un ordre de grandeur supérieure à celle pour des surfaces vieillies. En combinant ces essais à des traitements thermiques, nous avons vérifié qu'un recuit des surfaces de fracture accélère la perte de leur pouvoir autoréparant. Ces résultats suggèrent fortement que cette désactivation est gouvernée par les mécanismes de reconstruction des surfaces hors-équilibre et que la contamination n'intervient pas significativement. Plus généralement, la mesure des intensités et cinétiques de réparation et de désactivation apportent des éléments nouveaux pour comprendre les mécanismes moléculaires en jeu dans l'auto-réparation de ces matériaux. Dans une dernière partie, notre approche a été utilisée pour caractériser l'auto-adhésion de réseaux époxy hybrides combinant réticulation covalente et liaisons supramoléculaires.

Nos travaux de recherche abordent la problématique de l'auto-réparation dans les applications orientées service et plus spécifiquement celles basées sur la technologie des services web. Notre but est de garantir la fiabilité et la qualité de service (QdS) de ces applications. Nous définissons pour cela un cadriciel et des services logiciels couvrant les différentes étapes de la boucle de gestion de l'auto-réparation allant du monitoring de la QdS jusqu'aux actions de reconfiguration. La supervision de l'application repose sur des moniteurs capables d'étendre, de façon non-intrusive, les messages SOAP échangés entre le client et le fournisseur du service par des métadonnées de QdS. L'analyse est la phase d'exploitation des valeurs de QdS obtenues par le monitoring. En cas de détection de dégradation, un diagnostic est élaboré pour l'identification de son origine et l'élimination de l'effet de sa propagation et une réparation par reconfiguration architecturale de l'application est réalisée pour rétablir la QdS. L'approche globale a été validée par deux cas d'étude et les résultats expérimentaux obtenus en utilisant la grille de calcul GRID'5000 montrent l'efficacité de notre solution.

Les essais de fatigue des matériaux bitumineux réalisés sur éprouvettes trapézoïdales induisent une perte de rigidité combinée à une extension significative des éprouvettes au début de l'essai pour de forts niveaux de sollicitation. Cette thèse présente le développement d'une loi de comportement visco-élastique avec endommagement unilatéral pour les matériaux bitumineux, basée sur l'observation des essais de rupture directe sur film de bitume entre deux hémisphères de métal. L'endommagement unilatéral est défini comme l'ouverture de micro-fissures dans le bitume pendant l'extension et leur fermeture pendant leur contraction. Injectée dans un modèle structurel semi-analytique de l'éprouvette trapézoïdale, cette loi de comportement conduit à des résultats proches de ceux mesurés en début d'essai pour des conditions expérimentales variées (température, fréquence et amplitude de sollicitation). Selon la modélisation utilisée, la loi d'évolution de l'endommagement décrit la rapide création homogène de micro-fissures dans tout le matériau, puis leur développement lente. La modélisation peut aussi expliquer un certain pourcentage de la perte de rigidité globale du matériau. Ces résultats montrent principalement que l'extension du matériau bitumineux est due au comportement dissymétrique induit par l'endommagement unilatéral couplé à la visco-élasticité. Par conséquent, l'allongement du mélange bitumineux est un moyen de quantifier le niveau d'endommagement du matériau.

L'objectif de cette thèse est d'élaborer et de développer un type de membranes polymères qui peuvent se réparer de manière autonome en cas de fissures. Si elles ne sont pas détectées, ces fissures peuvent poser des problèmes notamment pour des applications médicales. Dans une première partie, une membrane polymère dynamique à base de micelles de copolymère tribloc ABA a été préparée. Le bloc "A" est représenté par le poly (styrene-co-acrylonitrile), copolymère bloc mécaniquement robuste, et un bloc "B" relativement mou et souple, le poly (ethylene oxide). Lorsqu'une pression est appliquée à la membrane, sa morphologie peut être ajustée grâce à la nature compressible des micelles, ainsi que les ponts dynamiques intermicellaires. Une gamme de porosités accessible peut être régulée par la pression et de manière à contrôler la performance de filtration. La même nature dynamique a également été utilisée pour montrer une réparation autonome entrainée par la pression. L'efficacité du processus de réparation dépend de la taille des fissures, de la valeur de pression et de la durée d'application de la pression. En utilisant la propriété d'auto-réparation de la membrane ci-dessus, le processus « Direct Mode Translocation » de nanoparticules a également été étudié. Quatre classes différentes de nanoparticules ont été utilisées avec diverses propriétés intrinsèques et extrinsèques. Les conclusions de ces travaux prouvent que les caractéristiques de taille, de forme et de surface des nanoparticules ainsi que la force exercée régissent le processus de translocation. Dans une seconde partie, un revêtement 2D et 3D réversible basé sur l'auto-assemblage de micelles de copolymère dibloc constitué d'un poly (methyl methacrylate) (PMMA) et du poly (n-octadecyl methacrylate) (PODMA) blocs a été développé. L'assemblage de micelles est réalisé par l'effet "Zipper", grâce aux longues chaînes pendantes du bloc PODMA. Le même effet "Zipper" permet d'enlever facilement le revêtement par lavage dans un solvant sélectif, donnant ainsi la possibilité de modifier la surface d'un substrat plusieurs fois de manière réversible. La cristallisation à température ambiante du bloc PODMA offre la possibilité d'avoir un revêtement auto-réparable thermiquement sans affecter la morphologie globale des micelles. Enfin, une dernière partie a été conceptualisée, dans laquelle l'auto-réparation se fait par « nano-gel » encapsulés et dispersés dans une membrane. Le « nano-gel » est à base d'un copolymère hydrophile en forme d'une étoile partiellement réticulée et qui doit être synthétisée par la technique de "Reversible Addition-Fragmentation Transfer" (RAFT) polymérisation. La synthèse d'un agent RAFT avec 4 bras pour la polymérisation a été accomplie, cependant, des travaux sont encore nécessaires pour valider la voie de synthèse vers la synthèse de « nano-gel » ainsi que son application pour le processus d'auto-réparation. / The objective of this thesis is to develop such kind of polymeric membranes which can repair themselves autonomously in an event of damage. Such damage in a membrane, if left undetected can pose serious health issues in some of the intended applications. In the first approach, a dynamic polymeric membrane based on ABA type triblock copolymer micelles has been prepared. The block “A” is represented by mechanically robust poly(styrene-co-acrylonitrile) copolymer while block “B” by relatively soft and flexible poly(ethylene oxide). When pressure is applied to the membrane, its morphology can be fine-tuned thanks to the compressible nature of micelles as well as intermicellar dynamic bridges. A range of porosities are accessible which can be regulated by pressure and thereby controlling the filtration performance. The same dynamic nature has also been utilized to display an effective pressure driven autonomous healing. The efficiency of healing process has been found to be dependent on the extent of damage, pressure value and time duration of application of pressure. Using the self-healing property of above membrane, “Direct Mode Translocation” of nanoparticles has also been studied. Four different classes of nanoparticles were used with varied intrinsic and extrinsic properties. The findings of the work prove that the size, shape and surface characteristics of the nanoparticles as well as the applied force govern the translocation process. In a second approach, a 2D and 3D reversible coating based on the self-assembly of micelles of diblock copolymer consisting of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(n-octadecyl methacrylate) (PODMA) blocks have been developed. The assembly of micelles is accomplished via so called “Zipper” effect, thanks to the long pendant chains of PODMA block. The same “zipper” effect plays the role of removing the coating easily by washing in a selective solvent, thus giving the ability to alter the surface of substrate for many times in reversible manner. The room temperature crystallization of PODMA block provides huge implications for a thermally assisted self-healing coating without affecting the global micelle morphology. Finally, another approach has been conceptualized in which self-healing occurs via encapsulated nano-gel dispersed within a membrane. The nano-gel is based on a partially crosslinked hydrophilic star shaped block copolymer which has to be synthesized by “Reversible Addition-Fragmentation Transfer” (RAFT) polymerization technique. The synthesis of a 4- arm RAFT agent for polymerization has been accomplished however ; a substantial amount of work is still needed to validate the synthetic route towards the nano-gel synthesis as well as its further application for the self-healing process.

Une grille de calcul regroupe un très grand nombre de ressources de calcul hétérogènes, pouvant appartenir à différents domaines d'administration. Les grille sont attractives car elles peuvent fournir à leurs utilisateurs les ressources nécessaires à l'exécution d'applications de calcul scientifique. Cependant exécuter une application sur la grille est une tâche difficile car la fréquence des défaillances matérielles y est élevés. Pour assurer l'exécution fiable d'applications distribuées dans les grilles de calcul, nous proposons tout d'abord un service de recouvrement arrière assurant le redémarrage automatique des applications défaillantes. Nous proposons ensuite une solution assurant la haute disponibilité et l'auto-réparation de services de grille. Enfin nous proposons un protocole de recouvrement arrière pour application à échange de messages passant à l'échelle.

Au sein de cette thèse, nous étudions l'utilisation de codes dans les systèmes de diffusion distribués et dans les systèmes de stockage auto-réparant. Les codes ont été largement utilisés afin de construire des systèmes fiables à partir d'éléments non fiables. A ce titre, les codes sont très utiles dans les systèmes distribués et surpassent les approches sans codes. Cependant, dans la pratique, les codes sont souvent délaissés notamment à cause de leurs coûts de décodage élevés et de leurs coûts de réparation plus élevés. Nous étudions la possibilité de réduire les coûts annexes afin de rendre les codes plus attrayants. Ainsi, nous proposons d'adapter un protocole de diffusion épidémique afin de profiter au plus des codes fontaines et nous construisons de nouveaux codes réseau basse complexité. Puis nous étudions l'utilisation de codes réseaux dans les systèmes de stockage afin d'offrir des compromis optimaux entre coûts de stockage et de réparation.

Les logiciels s'orientent de plus en plus vers des architectures évolutives, capables de s'adapter facilement aux changements et d'intégrer de nouvelles fonctionnalités. Ceci est important pour plusieurs classes d'applications qui ont besoin d'évoluer sans que cela implique d'interrompre leur exécution. Des plateformes dynamiques à composants autorisent ce type d'évolution à l'exécution, en permettant aux composants d'être chargés et exécutés sans requérir le redémarrage complet de l'application en service. Toutefois, la flexibilité d'un tel mécanisme introduit de nouveaux défis qui exigent de gérer les possibles erreurs dues à des incohérences dans le processus de mise à jour, ou en raison du comportement défectueux de composants survenant pendant l'exécution de l'application. Des composants tiers dont l'origine ou la qualité sont inconnus peuvent être considérées à priori comme peu fiables, car ils peuvent potentiellement introduire des défauts d'applications lorsqu'il est combiné avec d'autres composants. Nous sommes intéressés à la réduction de l'impact de ces composants considérés comme non fiables et qui sont susceptibles de compromettre la fiabilité de l'application en cours d'exécution. Cette thèse porte sur l'application de techniques pour améliorer la fiabilité des applications dynamiques à composants. Pour cela, nous proposons l'utilisation des frontières d'isolation pouvant fournir du contingentement de fautes. Le composant ainsi isolé ne perturbe pas le reste de l'application quand il est défaillant. Une telle approche peut être vu sous trois perspectives présentées: (i) l'isolement des composants dynamiques, régi par une politique d'exécution reconfigurable, (ii) l'autoréparation de conteneurs d'isolement, et (iii) l'utilisation des aspects pour séparer les préoccupations de fiabilité à partir du code fonctionnel.

Les logiciels s'orientent de plus en plus vers des architectures évolutives, capables de s'adapter facilement aux changements et d'intégrer de nouvelles fonctionnalités. Ceci est important pour plusieurs classes d'applications qui ont besoin d‘évoluer sans que cela implique d'interrompre leur exécution. Des plateformes dynamiques à composants autorisent ce type d'évolution à l'exécution, en permettant aux composants d'être chargés et exécutés sans requérir le redémarrage complet de l'application en service. Toutefois, la flexibilité d'un tel mécanisme introduit de nouveaux défis qui exigent de gérer les possibles erreurs dues à des incohérences dans le processus de mise à jour, ou en raison du comportement défectueux de composants survenant pendant l'exécution de l'application. Des composants tiers dont l'origine ou la qualité sont inconnus peuvent être considérées à priori comme peu fiables, car ils peuvent potentiellement introduire des défauts d'applications lorsqu'il est combiné avec d'autres composants. Nous sommes intéressés à la réduction de l'impact de ces composants considérés comme non fiables et qui sont susceptibles de compromettre la fiabilité de l'application en cours d'exécution. Cette thèse porte sur l'application de techniques pour améliorer la fiabilité des applications dynamiques à composants. Pour cela, nous proposons l'utilisation des frontières d'isolation pouvant fournir du contingentement de fautes. Le composant ainsi isolé ne perturbe pas le reste de l'application quand il est défaillant. Une telle approche peut être vu sous trois perspectives présentées: (i) l'isolement des composants dynamiques, régi par une politique d'exécution reconfigurable, (ii) l'autoréparation de conteneurs d‘isolement, et (iii) l'utilisation des aspects pour séparer les préoccupations de fiabilité à partir du code fonctionnel. / Software is moving towards evolutionary architectures that are able to easily accommodate changes and integrate new functionality. This is important in a wide range of applications, from plugin-based end user applications to critical applications with high availability requirements. Dynamic component-based platforms allow software to evolve at runtime, by allowing components to be loaded, and executed without forcing applications to be restarted. However, the flexibility of such mechanism demands applications to cope with errors due to inconsistencies in the update process, or due to faulty behavior from components introduced during execution. This is mainly true when dealing with third-party components, making it harder to predict the impacts (e.g., runtime incompatibilities, application crashes) and to maintain application dependability when integrating such third-party code into the application. Components whose origin or quality attributes are unknown could be considered as untrustworthy since they can potentially introduce faults to applications when combined with other components, even if unintentionally. The quality of components is harder to evaluate when components are combined together, especially if it happens on-the-fly. We are interested in reducing the impact that can be brought by untrustworthy components deployed at runtime and that would potentially compromise application dependability. This thesis focuses on applying techniques for moving a step forward towards dependable dynamic component-based applications by addressing different dependability attributes namely reliability, maintainability and availability. We propose the utilization of strong component isolation boundaries, by providing a fault-contained environment for separately running untrustworthy components. Our solution combines three approaches: (i) the dynamic isolation of components, governed by a runtime reconfigurable policy; (ii) a self-healing component isolation container; and (iii) the usage of aspects for separating dependability concerns from functional code.

Les travaux de recherche menés dans cette thèse de doctorat se sont focalisés sur la compréhension des interactions graphène-plasma dans le cas de l’exposition de graphène polycristallin à un plasma d’argon pouvant contenant du diborane (B2H6). Une attention particulière est portée sur la cinétique de génération de dommage dans un plasma d’argon pur. Ainsi dans le cas d’un plasma continu, l’absence de seuil en énergie pour la génération de dommage due à un bombardement ionique est mis en évidence. Ceci ne peut s’expliquer que par une gravure à deux étapes, facilitée par la densité ionique élevée caractéristique des plasmas inductifs opérés en mode H. La caractérisation Raman des échantillons exposés au plasma montre une large distribution sur la petite zone sondée. Afin de relier ces fluctuations à l’état initial du graphène, l’imagerie Raman (RIMA) est adaptée dans le but d’extraire des données quantitatives sur l’état du graphène et utilisée pour le reste des travaux. Par la suite, l’étude temporelle des plasmas pulsés en puissance permet de trouver des conditions opératoires avec une fluence ionique drastiquement diminuée. Les traitements subséquents combinés aux analyses RIMA ont permis de suivre l’évolution de l’état du graphène et de distinguer l’état des joints du graphène des domaines de croissance. Ainsi, pour la première fois, l’autoréparation des joints de grains dans un matériau 2D est mis en évidence expérimentalement. Cet effet, théorisé dans les matériaux 3D mais difficilement observé expérimentalement, était effectivement prédis dans le cas du graphène. De plus, un contrôle fin des conditions opératoires du plasma pulsé d’argon a permis d’extraire des paramètres plasmas dans lesquels les métastables d’argons puis les photons VUV émis par les états résonants de l’argon sont les principaux vecteurs d’énergie. Suivant la même méthodologie que précédemment, ces traitements ont mis en lumière les rôles respectifs des ions, des métastables et des photons VUV dans la transmission d’énergie du graphène. Enfin, l’introduction de 5% de diborane a pour conséquence une modification radicale des paramètres physique du plasma. L’exposition de graphène à ce graphène à ce plasma démontre l’intérêt de cette technique pour l’incorporation élevé de bore tout en minimisant la génération de dommages / The research realized in this PhD thesis focuses on the understanding of plasma-graphene interactions during exposure of polycrystalline graphene films to a low-pressure argon RF plasma containing diborane (B2H6). A particular attention is devoted to the kinetics driving the damage formation dynamics. In the case of a continuous, argon plasma, the absence of energy threshold for the production of ion-induced damage is demonstrated. This is explained by two-step etching, facilitated by the high number density of charged species in the H-mode of RF plasmas. Raman characterization of plasma-treated graphene films shows a wide distribution over the small area surveyed. In order to link these fluctuations to the initial state of graphene, Raman imaging (RIMA) is adapted to extract quantitative data on the state of graphene before and after plasma treatment. Subsequently, the temporal study of argon RF plasmas in the pulsed regime makes it possible to find operating conditions with a drastically reduced fluence of charged species compared to the continuous regime; in combination with RIMA studies, this allows temporally- and spatially-resolved investigations of plasma-graphene interactions. For the first time, a preferential self-healing of ion-irradiation damage at grain boundaries of graphene films is experimentally demonstrated. Moreover, by using several electrical and optical diagnostics of the argon plasma in the pulsed regime, it is possible to determine operating conditions in which either the ions, the metastables or the VUV photons emitted by the resonant states become the main energy vectors. From these experiments, the respective roles of each of these species in the physics of plasma-graphene interactions could be highlighted. Finally, the introduction of 5% of diborane into the argon plasma induces a radical modification of the physicochemical properties of the plasma. Exposure of graphene films to this highly reactive plasma reveals high boron incorporation with minimal ion and hydrogen damage.

Une interphase fibre de carbone/matrice époxy thermiquement auto-réparable a été construite sur la base de liaisons covalentes Diels-Alder (D-A) thermiquement réversibles. L’interphase modifiée par D-A a été formée en greffant des groupes maléimide sur la surface de la fibre de carbone et en introduisant des groupes furane dans le réseau polyépoxy. La capacité d’auto-réparation interfaciale a été caractérisée par le test de déchaussement de la micro-goutte. La surface de la fibre de carbone a subi un traitement en trois étapes : (i) oxydation par l’acide nitrique, (ii) amination par la tétraéthylènepentamine (TEPA) et (iii) greffage de bismaléimide (BMI). Après chaque étape de traitement, les modifications physico-chimiques de surfaces de la fibre ont été caractérisées par microscopies (MEB et AFM) et par spectroscopies (XPS, et ATR-FTIR). La modification de la matrice a été effectuée en copolymérisant le furfuryl glycidyl éther (FGE) au réseau époxy/amine et les propriétés de la matrice ont été évaluées par TGA, DSC, ATR-FTIR, et traction uniaxiale. Le caractère réversible des liaisons Diels-Alder a été également vérifié par DSC, TGA et RMN. Pour caractériser les capacités d'auto-réparation de l’interphase modifiée par D-A, les propriétés mécaniques et les capacités d'auto-réparation de l'interphase construite en combinant la matrice DGEBA-FGE/amine avec une série de fibres de carbone greffés par BMI ont été mesurées en fonction du temps d’oxydation préalable au greffage (gouvernant la réactivité de la fibre de carbone). Enfin, car le FGE joue un double rôle dans le système interfacial modifié par D-A, à la fois dans l’architecture en intervenant comme allongeur de chaîne entre nœuds de réticulation du réseau époxyde et au niveau de l’interphase en contribuant dans la formation des liaisons réversibles, l'influence de la concentration de FGE dans la matrice a été étudiée sur les propriétés mécaniques de l'interphase et également sur les propriétés mécaniques de la matrice. Par conséquent, ce travail a permis d’aboutir à la procédure optimale pour construire une interphase fibre de carbone/époxy thermiquement auto-réparable basée sur des liaisons covalentes Diels-Alder (thermo réversibles). L'interphase ainsi formée possède non seulement des capacités d’auto-réparations multiples, mais également des propriétés mécaniques compatibles avec une approche ‘matériau composite’. En effet, les propriétés mécaniques globales des matériaux composites, comme attendu, sont dépendantes des caractéristiques de cette interphase mais ne seront pas réduites par la présence de celle-ci notamment pour assurer la durabilité du matériau composite. / A thermally self-healable carbon/epoxy interphase was designed based on Diels-Alder (D-A) thermally reversible covalent bonds. The D-A modified interphase was formed between maleimide groups grafted on carbon fiber surface and furan groups introduced into epoxy network. The self-healing ability was characterized by a micromechanical approach using the micro-droplet debonding test. In this work, carbon fiber surface underwent a three-step treatment to graft maleimide groups, including HNO3 oxidization, tetraethylenepentamine (TEPA) amination, and bismaleimide (BMI) grafting. The fiber surface physico-chemical modifications after each treatment step were characterized by microscopies (SEM, and AFM) and spectroscopies (XPS, and ATR-FTIR). The matrix modification was carried on mixing furfuryl glycidyl ether (FGE) into epoxy/amine network and the properties of modified matrix were studied by TGA, DSC, ATR-FTIR, and tensile tests. The reversible character of Diels-Alder bond was also followed by DSC, TGA, and NMR. The interfacial mechanical properties and the self-healing abilities of the D-A modified interphases, built by combining DGEBA-FGE/amine matrix with a serial of BMI-grafted carbon fibers tuned as a function of the oxidization time were investigated. At last, since FGE plays a double-role in D-A modified interfacial system, i.e. chain extender in epoxy network and self-healing agent in the interphase, the influences of FGE content in matrix on the mechanical properties of interphase and also on the mechanical properties of cured matrix were evaluated. As a consequence, this study allowed to achieve the best process to build a thermally self-healable carbon/epoxy interphase based on thermally reversible Diels-Alder covalent bonds. The formed interphase has not only the successive self-healable abilities but also the required mechanical properties. Additionally, the overall mechanical properties of the composite material based on this interphase will not be weakened significantly after the interfacial modifications.