L’étude des effets quantiques nucléaires (NQE) suscite de plus en plus d’intérêt. En effet, les effets quantiques comme l’effet tunnel ou l’énergie de point zéro, peuvent profondément modifier les propriétés de matériaux constitués d'atomes légers comme l'hydrogène. Les méthodes standards de simulation des NQE sont basées sur les intégrales de chemin. Le bain thermique quantique (QTB) constitue une alternative à ces méthodes: le principe est que les degrés de liberté classiques du système obéissent à une équation de Langevin et sont couplés à des oscillateurs harmoniques quantiques. Dans l’équation de Langevin classique, la force aléatoire est un bruit blanc et le théorème de fluctuation-dissipation classique est vérifié; avec le QTB, le théorème de fluctuation-dissipation quantique est vérifié. Nous étudierons à travers des modèles simples la validité et les limites du QTB et montrerons qu'il permet de simuler des systèmes de la matière condensée en incluant les NQE en générant leurs propriétés structurales et dynamiques. Nous montrerons que le QTB est particulièrement adapté à l’étude de la symétrisation de liaisons hydrogènes et permet d'identifier précisément une pression de transition. Celle-ci dépend de la distance entre deux oxygènes voisins comme dans la glace sous haute pression, mais est modifiée par la présence d'impuretés ioniques ou par l'environnement atomique des liaisons hydrogènes comme dans la phase delta de AlOOH. De plus, en comparant des simulations classiques à des simulations QTB, nous pouvons identifier les rôles respectifs des effets quantiques et thermiques dans ces transitions de phase. / Increasing interest has risen for nuclear quantum effects (NQE) in the recent past. Indeed, NQE such as proton tunneling and zero point energy often play a crucial role in the properties of hydrogen-containing materials. The standard methods to simulate NQE are based on path integrals. An alternative to these methods is the Quantum Thermal Bath (QTB): it is based on a Langevin equation where the classical degrees of freedom are coupled to an ensemble of quantum harmonic oscillators. In the classical Langevin equation, the random force is a white noise and fulfills the classical fluctuation-dissipation theorem, while within the QTB formalism, it fulfills the quantum fluctuation-dissipation theorem. We investigate through simple models the reliability and the limits of the QTB and show that the QTB enables realistic simulations including NQE of condensed-phase systems, generating static and dynamic information such as pair correlation functions and vibrational spectra which can be confronted with experimental results. We show that the QTB is particularly successful in the study of the symmetrization of hydrogen bonds in several systems. Indeed, the difficulty lies in the identification of a precise transition pressure since this phase transition is often blurred by quantum or thermal fluctuations. In high-pressure ice, it depends on the oxygen-oxygen distance but it can be affected by ionic impurities and by the asymmetric environment of hydrogen bonds as in the delta phase of AlOOH. Moreover, by comparing results from QTB and standard ab initio simulations, we are able to disentangle the respective roles of NQE and thermal fluctuations in these phase transitions.

Afin de proposer un outil permettant d'étudier les phénomènes hydrodynamiques dans le bain de fusion et le capillaire de vapeur lors du soudage laser, un modèle thermohydraulique prenant en compte les trois phases en présence (vapeur métallique, bain liquide et solide) a été développé à l'aide du code de calcul Comsol Multiphysics. Pour suivre l'évolution de ces trois phases, les équations couplées de la chaleur et de Navier-Stokes sont résolues et le suivi de l'interface liquide-vapeur est traité à l'aide de la méthode level set. Les réflexions multiples du laser sont calculées avec une nouvelle méthode consistant à décrire le laser sous sa forme ondulatoire. Le modèle est d’abord appliqué à un cas de tir laser statique, cas pouvant être résolu en 2D axisymétrique permettant de réaliser les développements et une première validation. L'influence de certains paramètres, comme la puissance laser est étudiée et les mécanismes conduisant à l'apparition de porosité résiduelle sont mis en évidence. Ensuite, ces mêmes équations sont utilisées en 3D pour décrire de la façon la plus complète possible une ligne de fusion. Toute la phase de création du capillaire est analysée puis les températures et les vitesses calculées sont comparées à des mesures expérimentales. Les températures en phase solide sont obtenues grâce à des thermocouples de 25µm, les températures en surface du bain liquide par pyrométrie et enfin, les vitesses à la surface du bain son obtenues grâce à une caméra rapide. Ces comparaisons permettent de montrer la cohérence du modèle, son comportement physique à décrire les écoulements, les formes de zones fondues et la dynamique du capillaire de vapeur. / To provide a tool able to study hydrodynamics phenomena in the melt pool and the vapor capillary during laser welding of tailored blanks, a heat and fluid flow model taking into account the three phases present is proposed. The metal vapor, the liquid phase and the solid base are modeled using the code Comsol Multiphysics. In order to study the evolution of these three phases, coupled equations of heat transfer and Navier-Stokes equations are solved and the liquid-vapor interface is tracked using the level set method. Multiple reflections of the laser are calculated with a new method by describing the laser in its wave form by solving Maxwell's equations. This manuscript presents the results of the model, first, in a case of a static laser shot solved in axisymmetric 2D to achieve the development and initial validation. The influence of parameters such as laser power is studied and the mechanisms leading to the appearance of residual porosities is highlighted. Then, these equations are used in three dimensions to describe the most complete as possible, a fusion line with an opened vapor capillary. All the creation phase of the capillary is analyzed. Calculated temperatures and velocities are compared to experimental measurements. Temperatures in the solid phase are obtained with thermocouples of 25µm, the surface temperature of the melt pool are obtained by pyrometry and finally velocities at the surface of the melt pool are obtained with a high speed camera. These comparisons show the consistency of the model to describe the physical flows, the molten zones shapes and the complete behavior of the vapor capillary.

This work examines British inquiry into the human mind in the early nineteenth century using a multivalent structural analysis of ideas and practices within traditions established by Hume, Hartley, and Reid. While these traditions were propagated into the nineteenth century by such figures as Thomas Brown, James Mill, Sir William Hamilton, and Alexander Bain, this later period has received a dearth of attention in the history of psychology, the history of philosophy, and the history of ideas in general. This conspicuous lacuna forms the basis for two simple questions: What was the situated significance of work on the human mind in nineteenth century Britain? What was it supposed to accomplish, or be about? In particular, I focus on the differentiation of science from philosophy as a particular kind of non-science, investigating a set of existing formulations of the respective characters of the two. Using this historiographic survey as a springboard, I establish an analytical apparatus based upon four structural dimensions that I term conceptual, expository, iconic, and genealogical. Taken together, these four elements form an historical problematic, a set of persistent features and issues that structured work on mental subjects. With respect to conceptual structure, I propose a set of a dozen persistently central, but fluid, concept clusters involved in the study of mind. Regarding texts themselves, I situate my subject in terms of specific audience groups, patterns of expository development, and topical scope. I also examine the limiting influence of authorial and editorial practices on the appearance of the conceptual systems these texts convey. Iconic structural patterns focus even more closely on textual content, demonstrating shifts in the density, nature, and extent of citation within the intellectual community. These four dimensions interact significantly, reflecting the complex character of an active community of intellectual discussion. Having established this analytical space, I return to the basic terminological distinction between science and philosophy to investigate what was at stake in distinguishing these two fields in the nineteenth century. The dichotomy was far from definitive: British mental inquiry from the time of Hume's Treatise to that of Bain's first two major works never established a firm division of science from philosophy, but the evidence suggests several directions of tension along which this split would subsequently emerge. As demonstrated by evidence from the first volume of the journal, Mind, founded by Bain in 1876, discussions among students of the human mind in the nineteenth century established a position for mental philosophy itself as arbiter of the new science-philosophy dipole. In this light, the establishment of Mind can be viewed as the creation of a boundary-object that itself constituted this distinction in psychological terms. / Ph. D.

Le développement d’architectures nanostructurées originales composées de matériaux abondants et non-toxiques fait l’objet d’un fort intérêt de la communauté scientifique pour la fabrication de dispositifs fonctionnels efficaces et à bas coût suivant des méthodes d’élaborations faciles à mettre en œuvre. Les réseaux de nanofils de ZnO élaborés par dépôt en bain chimique sont, à ce titre, extrêmement prometteurs. L’étude des propriétés de ces réseaux de nanofils et leur intégration efficace au sein de dispositifs nécessitent toutefois un contrôle avancé de leurs propriétés structurales et physiques, notamment en terme de polarité, à l’aide de techniques de lithographies avancées.Le dépôt en bain chimique des nanofils de ZnO est d’abord effectué sur des monocristaux de ZnO de polarité O et Zn préparés par lithographie assistée par faisceau d’électrons. Par cette approche de croissance localisée, un effet significatif de la polarité des nanofils de ZnO est mis en évidence sur le mécanisme de croissance des nanofils, ainsi que sur leurs propriétés électriques et optiques. La possibilité de former des nanofils de ZnO sur des monocristaux de ZnO semipolaires nous a de plus permis d’affiner la compréhension de leurs mécanismes de croissance sur les couches d’amorces polycristallines de ZnO. Par la suite, le dépôt des nanofils de ZnO en bain chimique est développé sur des couches d’amorces polycristallines de ZnO préparés à l’aide de la lithographie assistée par nano-impression. Suivant cette approche, des réseaux de nanofils de ZnO localisés sont formées sur de grandes surfaces, ce qui permet d’envisager leur intégration future au sein de dispositifs fonctionnels.Les nanofils de ZnO sont ensuite combinés avec des coquilles semiconductrices de type p par des méthodes de dépôt chimique en phase liquide ou en phase vapeur afin de fabriquer des hétérostructures cœurs-coquilles originales. Le dépôt de couches successives par adsorption et réaction (SILAR) d’une coquille absorbante de SnS de phase cubique est optimisé sur des nanofils de ZnO recouverts d’une fine couche protectrice de TiO2, ouvrant la voie à la fabrication de cellules solaires à absorbeur extrêmement mince. Enfin, un photo-détecteur UV autoalimenté prometteur, présentant d’excellentes performances en termes de réponse spectrale et de temps de réponse, est réalisé par le dépôt chimique en phase vapeur d’une coquille de CuCrO2 sur les nanofils de ZnO. / Over the past decade, the development of novel nanostructured architectures has raised increasing interest within the scientific community in order to meet the demand for low-cost and efficient functional devices composed of abundant and non-toxic materials. A promising path is to use ZnO nanowires grown by chemical bath deposition as building blocks for these next generation functional devices. However, the precise control of the ZnO nanowires structural uniformity and the investigation of their physical properties, particularly in terms of polarity, remain key technological challenges for their efficient integration into functional devices.During this PhD, the chemical bath deposition of ZnO nanowires is combined with electron beam lithography prepared ZnO single crystal substrates of O- and Zn-polarity following the selective area growth approach. The significant effects of polarity on the growth mechanism of ZnO nanowires, as well as on their electrical and optical properties, are highlighted by precisely investigating the resulting well-ordered O- and Zn-polar ZnO nanowire arrays. An alternative nano-imprint lithography technique is subsequently used to grow well-ordered ZnO nanowire arrays over large areas on various polycrystalline ZnO seed layers, thus paving the way for their future integration into devices. We also demonstrate the possibility to form ZnO nanowires by chemical bath deposition on original semipolar ZnO single crystal substrates. These findings allowed a comprehensive understanding of the nucleation and growth mechanisms of ZnO nanowires on polycrystalline ZnO seed layers.In a device perspective, the ZnO nanowires are subsequently combined with p type semiconducting shells by liquid and vapor chemical deposition techniques to form original core-shell heterostructures. The formation of a cubic phase SnS absorbing shell is optimized by the successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) process on ZnO nanowire arrays coated with a thin protective TiO2 shell, which pave the way for their integration into extremely thin absorber solar cells. A self-powered UV photo-detector with fast response and state of the art performances is also achieved by the chemical vapor deposition of a CuCrO2 shell on ZnO nanowire arrays.

Les amibes sont des organismes unicellulaires eucaryotes, de 10 à 300 µm, pouvant vivre sous forme parasite ou évoluer librement dans les sols et les milieux aquatiques ou encore adopter l’une ou l’autre forme en fonction de l’environnement. Certaines amibes libres sont hautement pathogènes pour les animaux et l’homme, en particulier Naegleria fowleri qui se développe dans les eaux naturellement chaudes à des températures comprises entre 27 et 45°C. Cette espèce est responsable d'une encéphalite généralement mortelle, la méningo-encéphalite amibienne primitive (MEAP), dont un cas a été recensé en Guadeloupe en 2008. Un enfant de 9 ans ayant contracté la maladie est décédé quelques jours après un bain dans les eaux chaudes de Dolé, sur la commune de Gourbeyre. Notre travail de Thèse à l’Institut Pasteur, en collaboration avec l’ARS, a permis d’initier un programme de recherche sur ces amibes pathogènes très peu connues sur notre territoire, afin de mieux évaluer le risque lié aux baignades dans les sources géothermales de la Guadeloupe. Nous avons développé et mis au point une méthode de détection et de dénombrement des amibes faisant appel à la biologie moléculaire qui est aujourd’hui appliquée en routine au sein de notre laboratoire. Depuis Janvier 2011, un suivi mensuel a révélé la présence des amibes thermophiles et de l’amibe pathogène dans presque tous les sites analysés (Ravine Chaude, Bains de La Lise et Bain du Curé à Pigeon, Bains Jaunes, Bain de Dolé, Bain de Capes, Bain des Amours, Bain de la rivière Grosse-Corde, Chute du Carbet, Bain de Morphy et Bain chaud de Matouba), à l’exception des eaux chaudes soufrées et/ou salées de Sofaïa et de l’Anse Thomas à Bouillante. Le séquençage des produits de PCR obtenus et déposés dans Genbank nous a permis de confirmer l’appartenance de cette souche de N. fowleri, au type 3 Euro-américain, identique à celui détecté lors de l’accident de 2008 (Moussa et al. 2013). Le nombre d’amibes pathogènes retrouvées varie de 2 à 30 amibes/litre selon les bains, sans dépasser la limite de 100 amibes/litre recommandée par les autorités sanitaires. En dépit de ces faibles concentrations, une surveillance régulière des bassins est nécessaire. Sur l’ensemble de l’année 2011-2012, l’espèce pathogène N. fowleri a été la plus fréquemment rencontrée par rapport aux espèces non pathogènes N. lovaniensis et Hartmanella sp. Ces données de surveillance ont amené l’ARS et les communes concernées à organiser une campagne de sensibilisation à destination des populations locales et touristiques, reposant sur l’installation de panneaux de prévention à proximité des principaux sites où N. fowleri a été retrouvée.La présence régulière de N. fowleri tout au long de l’année dans la plupart des bains chauds et notamment dans les bains les plus fréquentés, a orienté notre travail sur la recherche de l’origine de leur contamination. Nous avons découvert que les sources géothermales ne sont pas contaminées à leur émergence, mais que les amibes proviennent de la terre en amont des bassins. Ce résultat qui montre que le sol est le réservoir naturel des amibes, nous a permis de proposer aux collectivités un moyen de lutte efficace en canalisant l’eau depuis l’émergence jusqu’au bassin, sans passer par le sol. / Amoebas are eukaryotic unicellular organisms, measuring from 10 to 300 µm, being able to live under a parasite form or to evolve freely in soils and aquatic media. They can even adopt either form depending of the environment. Some free living amoebas are highly pathogenic for animals and humans, especially Naegleria fowleri which develops in naturally hot waters at temperatures between 27 and 45°C. This species is responsible for an encephalitis generally lethal, the primary amoebic meningoencephalitis (PAM), a case of which occured in Guadeloupe in 2008. A 9-year-old child having contracted the disease, died a few days after a bath in the hot waters of Dolé, in Gourbeyre. Our Thesis at the Institut Pasteur of Guadeloupe, in association with the ARS, initiated a research program on these pathogenic amoebas poorly known in our territory, to better estimate the risk to contract the disease while bathing in geothermal recreational waters of Guadeloupe. We developed and worked out a method of detection and enumeration of amoebas using the molecular biology, which is currently applied in routine in our laboratory. Since January, 2011, a monthly monitoring of the baths revealed the presence of thermophilic free living amoebas and pathogenic amoeba in almost all the analyzed sites (Ravine Chaude, La Lise, Bain du Curé à Pigeon, Bains Jaunes, Bain de Dolé, Bain de Capès, Bain des Amours, Bain de la rivière Grosse-Corde, Chutes du Carbet, Morphy and the hot bath of Matouba), with the exception of sulphurated and/or salty hot waters of Sofaïa and the Anse-Thomas in Bouillante. The sequencing of the PCR products obtained were deposited in Genbank and confirmed that the Guadeloupean N. fowleri belonged to the Type-3 Euro-American, identical to that detected in the patient in 2008 (Moussa et al. 2013). The number of pathogenic amoebas varied from 2 to 30 amoebas / liter according to the baths, without exceeding the limit of 100 amoebas / liter recommended by the health authorities. In spite of this rather low concentration the baths require a regular surveillance. On the full year 2011-2012, the pathogenic species N. fowleri was the most frequently encountered species followed by N. lovaniensis and Hartmanella sp. These data of the surveillance led the ARS and the municipalities concerned to organize an awareness campaign destinated to the local and tourist population, based on the installation of prevention panels near the main sites where N. fowleri was found. The regular presence of N. fowleri during the year in most of the hot baths, especially the most frequented ones, leads us to look for the origin of their contamination. We discovered that geothermal springs are not contaminated at their emergence, but that amoebas come from the soil upstream the baths. This result which shows that soil is the natural reservoir of amoebas, allowed us to propose to the authorities effective means of prevention by installing pipes to carry the water from the emergence to the bath, without touching the soil.

Ces travaux présentent une recherche sur la physique du soudage hybride. La revue littéraire décrit les principaux processus physiques se produisant au cours de la combinaison Laser-arc, les principales réalisations et les problèmes rencontrés lors de l'analyse de ces processus. Les processus ont été étudiés pendant l'assemblage de matériaux de fortes épaisseurs. Deux configurations ont été utilisées. La première est le soudage d’un acier Superduplex en un seul passage, par Laser et arc distanciés. La seconde configuration est le soudage multipasse de l'acier 18MND5, où le faisceau Laser défocalisé intercepte le plasma d'arc électrique. Avec l'aide de la planification d'expérience, l'imagerie vidéo rapide, l'enregistrement des signaux électriques, la détermination de la température et des distorsions de l’assemblage ont permis d’expliquer le rôle de chaque source thermique et l'influence de leur combinaison sur la création du bain fondu, l'identification du mode de transfert métallique et la répartition de la chaleur dans la plaque soudée. Les relations entre les signaux électriques et la géométrie de l'arc, les dimensions du bain et la distribution de chaleur sont analysées à différentes échelles de temps. L'analyse thermique présentée montre que l'hypothèse de stationnarité, qui est largement utilisé par les simulateurs, est vraie seulement sur une courte période et pour une longueur donnée de soudure. L’analyse macrographique montre, quant à elle, l'effet de la variation des paramètres d'entrée sur la structure et la géométrie de la soudure. / An investigation on hybrid welding physics is presented in the current work. A literature review describes main physical processes occurring during Laser-arc combination and shows main achievements and problematics met during process analysis. Physical processes were studied during joining of very thick materials. Two configurations were used. The first configuration is welding of Superduplex steel in one pass by Laser and arc that are far apart. The second configuration is multipass welding of 18MND5 steel, where defocused Laser beam intercepts arc plasma. With a help of experiment’s design, fast video imaging, electric signals recording, determination of temperature and workpiece distortion, were explained the role of each thermal source and influence of their combination on arc behaviour, molten pool creation, metallic drop transfer evaluation and heat distribution into welded plates. The relationships between electric signals and arc geometry, bath dimensions and heat distribution have been analyzed at various time scales. Thermal analysis, presented in this work, shows that hypothesis of stationarity, which is commonly used in numerical modelling, is true only during a short welding period and for a given weld length. Macrographic analysis shows effect of input parameters variation on weld’s structure and geometry.

Grâce à la qualité des cordons de soudure produits, le soudage TIG est l’un des procédés de soudage à l’arc les plus répandus dans l’industrie nucléaire. Au cours des travaux de cette thèse, nous proposons un modèle physique pour la simulation numérique du bain de fusion en soudage TIG d’aciers inoxydables austénitiques avec des teneurs en éléments tensioactifs différentes. L’objectif du modèle développé est de prédire la morphologie et les dimensions du cordon de soudure ainsi que les contraintes thermiques résultantes dans les pièces soudées en fonction des paramètres opératoires du procédé mais aussi en fonction des teneurs en éléments tensioactifs des métaux assemblés. Pour ce faire, les équations de la thermohydraulique sont couplées à celles de l’électromagnétisme et sont résolues en se basant sur le module « électrique » de Code_Saturne. Ce modèle a été vérifié dans un premier temps sur des configurations de soudage de matériaux homogènes avant d’être confronté à la simulation du soudage de matériaux de teneurs en éléments tensioactifs différentes. Des simulations des essais expérimentaux correspondants ont été réalisées et comparées aux mesures. La démarche adoptée a consisté à étudier les effets thermo-capillaires de manière découplée des effets électromagnétiques à partir d’essais de soudage laser en mode conduction. Les résultats de la confrontation des résultats numériques aux mesures expérimentaux démontrent que le modèle reproduit globalement bien la physique du procédé. Les limitations de notre modèle et les phénomènes qu’elle a permis de mettre en évidence ont été discutés et ont permis de proposer des pistes d’amélioration pour la modélisation. / The high quality of the weld bead makes GTA welding one of the most used welding processes in the nuclear industry. During this work, a physical model is proposed to simulate the weld pool during the GTA welding of stainless steels with different concentrations of surface active elements. This model aims to predict the weld bead shape, its geometrical characteristics and the thermal field induced by the process according to the operating parameters but also as a function of the surface active elements concentrations of welded metals.Based on the “electric” module of Code_Saturne®, the set of solved equations includes both fluid dynamics equations and electromagnetic ones. Before applying the model to the simulation of welding of stainless steels with different concentrations of surface active elements, this model has been studied through configurations of homogenous materials welding. Experiments are carried out and are compared to the corresponding simulations. In the approach used in this study, the thermo-capillary effects are studied separately from electromagnetic ones using conduction mode laser beam welding. The agreement obtained from comparative analysis between experimental results and numerical ones shows good reproduction of the process physics by the model developed. The modeling limitations and the phenomena identified by this study are discussed and orientations for future development are defined.

Le présent travail porte sur l'élaboration de couches minces du matériau binaire SnS avec des propriétés physico-chimiques répondant le mieux possible aux exigences d'une bonne alternative au composé ternaire CuInS2, dans les cellules solaires. Nous avons utilisé la technique de dépôt chimique en solution (ou Chemical Bath Deposition CBD) qui est une technique peu coûteuse, non toxique et facile à manipuler. Les couches fabriquées sont testées sur le plan cristallographique, chimique, morphologique et optique à différentes échelles, en utilisant les techniques de diffraction des rayons X, de profilométrie, de microscopie électronique à balayage associée à la dispersion en énergie des photons X, de microscopie à force atomique ou électrostatique, et de mesures par spectrophotométrie. Des recuits à différentes températures et des dopages à différentes concentrations sont effectués. Un calcul de l'épaisseur des films minces de SnS, basé sur la méthode des enveloppes des franges d'interférences dans les spectres de transmission optique calculés et expérimentaux, a été effectué à l'aide d'une modélisation utilisant les théories de Manifacier et de Heavens. / The present work deals with the fabrication of SnS thin films as a potential substitute to CuInS2 absorber material in thin film solar cells. The Chemical Bath Deposition method (CBD) is applied to this binary material, as it is non toxic and relatively inexpensive. Structural, chemical, morphological and optical properties of the fabricated layers are investigated by X-Ray diffraction, profilometry, scanning electron microscopy associated with energy dispersive spectrometry, atomic force microscopy, and visible to infrared spectrophotometry. Annealing and doping of the SnS thin layer is also investigated. Theoretical modelling of the thin film thickness is obtained from optical transmission and reflexion spectra based on the envelope of interference fringes.

La formulation de nouvelles nuances d’aciers présentant des caractéristiques mécaniques équivalentes pour des épaisseurs moindres et la plus-value associée à la possibilité d'assembler deux nuances différentes, nécessitent le développement et la maîtrise des procédés d’assemblage. Grâce à sa haute précision et à sa flexibilité, le procédé de soudage par laser est devenu une des principales techniques pour le raboutage des flans d'aciers de nature différente. La prédiction de la composition chimique locale de la zone fondue formée entre deux aciers en fonction des paramètres de soudage est de grande importance, puisque la dilution et la distribution des éléments d'alliage conditionnent la résistance mécanique finale du cordon. La présente étude a pour objectif la conception et la validation d’un modèle numérique multi-physiques décrivant la formation du mélange dans le cordon de soudure entre des aciers de nature différente, obtenu par fusion laser. Pour une meilleure compréhension du mélange issu de la diffusion et de la convection dans le bain liquide formé lors d'un soudage laser débouchant, une simulation 3D à l'aide du code de calcul commercial Comsol Multiphysics®, couplant les transferts thermiques, l’écoulement du métal liquide, et la diffusion des espèces, a été réalisée afin de prédire la géométrie du bain liquide et d'obtenir des informations sur la distribution des éléments chimiques à l'intérieur du cordon. Afin de réduire le temps de calcul, le modèle a été développé avec les hypothèses simplificatrices suivantes : le capillaire de vapeur a une géométrie fixe et l’ensemble des équations est résolu sous forme pseudo-stationnaire. Un modèle d’écoulement turbulent est utilisé pour le calcul du champ de vitesse. La loi de Fick est introduite pour modéliser le transport des espèces dans le bain liquide. Dans un premier temps et afin de valider les hypothèses sur les phénomènes de convection, une série d’essais de soudage avec des inserts de nickel pur, utilisés comme traceur chimique, a été réalisée pour cartographier post-mortem la distribution du nickel dans le cordon de soudure. Les résultats de la simulation numérique ont été trouvés en bon accord avec les résultats expérimentaux. Par la suite, le modèle a été appliqué au cas du soudage entre un acier Dual Phase et un acier TWIP riche en manganèse et enfin adapté à l'étude du mélange des revêtements dans le bain de métal liquide formé durant le soudage laser. / The design of new steel grades offering equivalent mechanical performances for lower thicknesses and the added value with the possibility to join two different steel grades, require development and control of joining processes. Thanks to high precision and good flexibility, the laser welding became one of the most used processes for joining of dissimilar welded blanks. The prediction of local chemical composition in the weld formed between dissimilar steels in function of the welding parameters is essential because the dilution rate and the distribution of alloying elements in the melted zone determine the final tensile strength of the weld. The goal of the present study is to create and to validate a multiphysical numerical model studying the mixing of dissimilar steels in laser weld pool. For a better understanding of materials mixing based on convection-diffusion process in the melted pool in case of full penetrated laser welding, a 3D simulation developed within COMSOL Multiphysics®, including heat transfer, fluid flow and transport of species has been performed to provide the weld geometry and quantitative mapping of elements distributions in the melted zone. In order to reduce computation time, the model has been developed basing on the following hypothesis: a steady keyhole approximation and solved in quasi-stationary form. Turbulent flow model was used to calculate velocity field. Fick law for diluted species was integrated to simulate the transport of alloying elements in the weld pool. In parallel, to validate the model, a number of experiments using pure Ni foils as tracers have been performed to obtain mapping post-mortem of Ni distribution in the melted zone. The results of simulations have been found in good agreement with experimental data. Afterwards the model was applied to laser welding between Dual Phase steel (DP) and high Mn steel (TWIP) and finally it was adapted to the study of coating dissolution in laser weld pool.

La projection hybride combinant la projection plasma et la refusion laser est une solution alternative permettant de diminuer ou même d'éliminer la présence de pores et de fissures au sein d'un dépôt brut de projection. Lors d'un procédé de projection plasma ou de refusion laser, le système substrat/dépôt subissant l'élévation de température,la fusion, la solidification et le refroidissement rapide est ainsi soumis à des gradients de température élevés, un niveau de contraintes élevé, et même un risque de formation de fissures. Il est alors important de pouvoir maîtriserles variations de température et la distribution des contraintes résiduelles au sein même du système. Concernantles travaux effectués dans cette thèse, des modèles thermiques et mécaniques ont été développés à l'aide dulogiciel ANSYS, de sorte à améliorer notre compréhension des comportements thermique et mécanique des revêtements élaborés par projection plasma avec refusion laser.Tout d'abord, la simulation du procédé de projection plasma a été développée afin de prédire les champs transitoires de température, la déformation finale de l'échantillon et les contraintes résiduelles dans des dépôts céramiques (alumine) et métalliques (NiCrBSi). Les contraintes résiduelles résultent de l'équilibre entre contraintes de trempe (toujours en tension) et contraintes thermiques lors du refroidissement final (en compression ou en tension suivant le cas). En raison de la faible limite d'élasticité du dépôt, les contraintes thermiques dominent les contraintes résiduelles dans le cas du dépôt d'alumine. En revanche, les contraintes de trempe dans le dépôt de NiCrBSi sont plus importantes. Par ailleurs, l'augmentation de l'efficacité du système de refroidissement mis en oeuvre permet de diminuer le niveau des contraintes résiduelles dans le dépôt d'alumine. Inversement les contraintes résiduelles au sein du dépôt de NiCrBSi augmentent lorsque le refroidissement en cours de projection est accru. L'analyse thermique permettant de simuler le procédé de refusion laser à posteriori d'un revêtement de NiCrBSi a été effectuée de sorte à évaluer les effets des paramètres du laser sur le champ de température engendré et laforme du bain refondu. Un coefficient d'absorption de 0.5 a été estimé par comparaison de l'épaisseur du bain refondu obtenue par les méthodes numérique et expérimentale. De plus, les morphologies de revêtements refondus ont été caractérisées par méthodes expérimentales. Selon l'analyse mécanique de la refusion laser à posteriori, les contraintes résiduelles sont en tension dans le dépôt refondu, mais en compression vers la zone non-refondue.Concernant le modèle portant sur l'élaboration de couches multiples, permettant de simuler le procédé de refusion laser in-situ, une diminution des contraintes transitoires au sein des couches préalablement élaborées est induite par l'accumulation progressive de chaleur au cours du processus d'élaboration. Après refroidissement final, les contraintes résiduelles suivant la direction de déplacement présentent une amplitude plus importante que suivant les autres directions. De plus, des solutions permettant de diminuer le niveau des contraintes dans le dépôt après refusion ont été recherchées, en faisant notamment varier l'efficacité du système de refroidissement ou le préchauffage du substrat. Il s'avère que l'amplitude des contraintes résiduelles dans le dépôt après refusion est plus sensible à la variation du préchauffage du substrat qu'à la modification de l'efficacité du système de refroidissement. / The hybrid spraying process consisting in plasma spraying and laser remelting is an alternative method to minimize or even eliminate the potential defects within the as-sprayed coatings.During the treatment of plasma spraying or laser remelting, the substrate/coating system undergoing heating, melting, solidification and fast cooling processes is submitted to high temperature gradients, high stress levels and even risks of crack formation. It is therefore important to control the temperature variation and stress level within the substrate/coating system. In this study, thermal and mechanical models established with ANSYS were developed to provide a fundamental understanding of thermal and mechanical behaviors of deposited coatings during plasma spraying and laser remelting processes.3D simulation models were first developed to predict the temperature field, the final deformation of the specimen, and the residual stresses within ceramic (alumina) and metallic (NiCrBSi) coatings. The final residual stresses result from the balance between quenching stresses (tensile) and thermal stresses (compressive or tensile). Due to the low value of the yield stress, the thermal stresses (compressive for that case) dominate the final stress level in the case of the ceramic coating (alumina). On the contrary, the final residual stresses within the NiCrBSi coating are tensile. It is also predicted that an increase of the cooling efficiency induces a lower stress level for the alumina coating, while improving the cooling efficiency slightly increases the residual stresses for the case of the metallic coating (NiCrBSi).Thermal analysis to predict laser post-remelting of a NiCrBSi coating was then carried out to investigate the effects of the laser parameters on the temperature field as well as on the remelted pool shape. An absorption coefficient of 0.5 was estimated by comparison of the remelted pool depths obtained by experimental and numerical methods. In addition, the morphologies of theremelted coating were characterized by experimental methods. According to the mechanical analysis for laser post-remelting of NiCrBSi coatings, the predicted residual stresses were tensile within the remelted coating, whereas those within the non- emelted zone were reversed from tensile before remelting to compressive after laser post-remelting. According to the numerical analysis of in situ laser remelting by a multi-layer model, transient stresses in the former deposited layers were decreased progressively due to the heat accumulation during the following deposition process. For the residual stresses after final cooling, the stress component along the displacement direction presents a higher level in comparison with the transverse andthrough thickness components. Solutions allowing decreasing the stress level within the remelted coating were studied by changing the cooling efficiency and the initial temperature of the substrate. It was noted that the generated residual stress (tensile) was more sensitive to the initial temperature of the substrate, than to the efficiency of the cooling system. In particular, increasing the initial temperature of the substrate could significantly decrease the stress magnitude within the remelted coating, and even reverse the residual stresses within the nonremelted part of the coating to compressive values.