The work in the thesis describes attempts to synthesise precursors for the deposition of thin films for use in thin-film photovoltaic cells. Chapter One – Introduction provides a brief background to photovoltaic cells with specific detail given to thin-film photovoltaic cells. The concepts of chemical vapour deposition (CVD) and precursor design are discussed with relevant precursors are highlighted. Chapter Two – Xanthates provides details of the synthesis and characterisation of a series of metal xanthates. The materials chemistry of the xanthates is then discussed. Chapter Three – Dithiocarbamates provides details of the synthesis and characterisation of a series of metal dithiocarbamates. The materials chemistry of the dithiocarbamates is then discussed. Chapter Four – Materials Work on Cu2ZnSnS2 and CuSbS2 provides a discussion of attempts to deposit thin films of Cu2ZnSnS4 and CuSbS2 from the precursors discussed in chapters two and three. Chapter Five – Heterobimetallic precursors provides details of the synthesis and characterisation of a series of heterobimetallic precursors liked by chlorine bridges and subsequent attempts to replace the chlorine atoms with thiolate ligands. Chapter Six – Precursors for ZnO:F provides details of the synthesis and characterisation of a series of single source precursors designed for the deposition of ZnO:F thin films. The materials chemistry and subsequent CVD trials are then discussed.

Le géoradar (Ground Penetrating Radar (GPR)) constitue une technique de contrôle non destructif (CND) intéressante pour la mesure des épaisseurs des dalles de béton et la caractérisation des fractures, en raison de ses caractéristiques de résolution et de profondeur de pénétration. Les équipements géoradar sont de plus en plus faciles à utiliser et les logiciels d'interprétation sont en train de devenir plus aisément accessibles. Cependant, il est ressorti dans plusieurs conférences et ateliers sur l'application du géoradar en génie civil qu'il fallait poursuivre les recherches, en particulier sur la modélisation et les techniques de mesure des propriétés électriques du béton. En obtenant de meilleures informations sur les propriétés électriques du béton aux fréquences du géoradar, l'instrumentation et les techniques d'interprétation pourraient être perfectionnées plus efficacement. Le modèle de Jonscher est un modèle qui a montré son efficacité dans le domaine géophysique. Pour la première fois, son utilisation dans le domaine génie civil est présentée. Dans un premier temps, nous avons validé l'application du modèle de Jonscher pour la caractérisation de la permittivité diélectrique du béton. Les résultats ont montré clairement que ce modèle est capable de reproduire fidèlement la variation de la permittivité de différents types de béton sur la bande de fréquence géoradar (100 MHz-2 GHz). Dans un deuxième temps, nous avons montré l'intérêt du modèle de Jonscher en le comparant à d'autres modèles (Debye et Debye-étendu) déjà utilisés dans le domaine génie civil. Nous avons montré aussi comment le modèle de Jonscher peut présenter une aide à la prédiction de l'efficacité de blindage et à l'interprétation des ondes de la technique GPR. Il a été déterminé que le modèle de Jonscher permet de donner une bonne présentation de la variation de la permittivité du béton dans la gamme de fréquence géoradar considérée. De plus, cette modélisation est valable pour différents types de béton et à différentes teneurs en eau. Dans une dernière partie, nous avons présenté l'utilisation du modèle de Jonscher pour l'estimation de l'épaisseur d'une dalle de béton par la technique GPR dans le domaine fréquentiel.

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Dans les cuves d'électrolyse d'aluminium, le milieu de réaction très corrosif attaque les parois de la cuve, ce qui diminue leur durée de vie et augmente les coûts de production. Le talus, qui se forme sous l'effet des pertes de chaleur qui maintiennent un équilibre thermique dans la cuve, sert de protection naturelle à la cuve. Son épaisseur doit être contrôlée pour maximiser cet effet. Advenant la résorption non voulue de ce talus, les dégâts générés peuvent s'évaluer à plusieurs centaines de milliers de dollars par cuve. Aussi, l'objectif est de développer une mesure ultrasonore de l'épaisseur du talus, car elle serait non intrusive et non destructive. La précision attendue est de l'ordre du centimètre pour des mesures d'épaisseurs comprenant 2 matériaux, allant de 5 à 20 cm. Cette précision est le facteur clé permettant aux industriels de contrôler l'épaisseur du talus de manière efficace (maximiser la protection des parois tout en maximisant l'efficacité énergétique du procédé), par l'ajout d'un flux thermique. Cependant, l'efficacité d'une mesure ultrasonore dans cet environnement hostile reste à démontrer. Les travaux préliminaires ont permis de sélectionner un transducteur ultrasonore à contact ayant la capacité à résister aux conditions de mesure (hautes températures, matériaux non caractérisés...). Différentes mesures à froid (traité par analyse temps-fréquence) ont permis d'évaluer la vitesse de propagation des ondes dans le matériau de la cuve en graphite et de la cryolite, démontrant la possibilité d'extraire l'information pertinente d'épaisseur du talus in fine. Fort de cette phase de caractérisation des matériaux sur la réponse acoustique des matériaux, les travaux à venir ont été réalisés sur un modèle réduit de la cuve. Le montage expérimental, un four évoluant à 1050 °C, instrumenté d'une multitude de capteurs thermique, permettra une comparaison de la mesure intrusive LVDT à celle du transducteur, dans des conditions proches de la mesure industrielle.

Cette thèse s'est déroulée dans le contexte de l'évaluation non destructive du collage de patches composites employés pour la réparation de structures aéronautiques. Le besoin a été exprimé par la DGA Techniques Aéronautiques (Toulouse). Le travail effectué a consisté en l'exploitation des ondes guidées, de type SH puis Lamb, pour mesurer des caractéristiques mécaniques d'un joint de colle et tenter d'évaluer, de manière non destructive, la qualité du collage. Dans un premier temps, les propriétés viscoélastiques des matériaux assemblés sont déterminées. Elles servent alors de données d'entrée à des modèles, basés sur la méthode SAFE (Semi Analytical Finite Element method), permettant d'obtenir les courbes de dispersion ainsi que les champs des différents modes guidés se propageant le long de l'assemblage collé. Ces simulations numériques permettent alors d'évaluer le potentiel des ondes guidées à caractériser un adhésif. Des mesures expérimentales sont ensuite menées pour confirmer les prédictions numériques. Finalement la résolution d'un problème inverse, qui consiste à évaluer les modules de rigidité de la couche de colle se situant entre une plaque d'aluminium et un patch, est proposée pour établir des pistes d'évaluation non destructive d'un collage répondant au besoin industriel. Cette étude a été financée par la DGA, France.

Le développement des produits à base de polysaccharides issus de microalgues implique une étude poussée des voies biotechnologiques de culture. Afin d'optimiser ces nouveaux produits dès la formation des microalgues, un nouveau système de contrôle non-destructif en ligne et sans contact a été développé dans le cadre de cette thèse. Il s'appuie sur la mesure par induction des propriétés diélectriques (conductivité et permittivité) dans le domaine des radiofréquences (1-400MHz). Ce document montre, qu'à l'échelle d'investigation correspondante, il est possible de suivre aussi bien l'évolution du milieu de culture que la formation d'exopolymères via la mesure de la permittivité complexe de ces matériaux. La preuve de concept a nécessité la mise au point d'un circuit résonant bas coût particulièrement sensible, utilisé en émission-réception, et la résolution théorique et expérimentale d'un problème inverse adapté aux champs proches. Ce système implanté dans un photobioréacteur prototype a permis d'extraire l'évolution de grandeurs caractéristiques propres au suivi de culture de microalgues. Cette thèse s'inscrit dans un projet collaboratif plus large de valorisation d'actifs issus de microalgues avec les sociétés Phycosource, Pronovalg, Bio-EC, et LVMH dans le cadre d'un FUI. / The development of products based on polysaccharides from microalgae involves extensive study of biotechnological ways of cultivation. In order to optimize these new products, from the formation of microalgae, a new non-destructive testing system online and without contact has been developed as part of this thesis. It is based on the measurement by induction of dielectric properties (permittivity and conductivity) in the field of radio frequency (1-400MHz). This document shows that inside the corresponding scale of investigation, it is possible to follow both the evolution of the culture medium and the exopolymer formation, via the measurement of complex permittivity of these materials. The proof of concept, required the development of a resonant low cost system particularly sensitive, used as a transceiver, and theoretical and experimental solution of an inverse problem in near fields. This system that operates in a photobioreactor prototype, was used to extract the evolution of characteristics variables of microalgae cultivation. This thesis is part of a larger collaborative project valuation of assets derived from microalgae with Phycosource companies Pronovalg, Bio-EC, and LVMH as part of a FUI.

Cette thèse porte sur l’évaluation et la caractérisation non destructives (END/CND) par ultrasons de matériaux composites contribuant en partie au concept de contrôle santé structural (SHM). Plus particulièrement, les phénomènes d’adhésion et de vieillissement de structures sandwichs composites à âme en nid d’abeille sont d’un intérêt déterminant pour l’aéronautique. Les propriétés liées à ces deux phénomènes ont été étudiées à l’aide de modèles théoriques, de simulations numériques et de résultats expérimentaux. Sur la base de travaux antérieurs, les ondes de Lamb ont permis de caractériser l’adhésion et le vieillissement. Des simulations complémentaires par éléments finis ont été menées avec le logiciel Comsol Multiphysics©. Des défauts d’adhésion tels que les délaminages ou décohésions ont pu être détectés et localisés au moyen de la Transformée de Fourier à Court Terme (TFCT) par fenêtre glissante, par simulation et par l’expérience. Dans la perspective de cadences d’END industrielles, les transducteurs multiéléments permettent une inspection et une caractérisation locales du collage. À titre de comparaison, la modélisation par série de Debye (DSM) a permis de résoudre localement le problème inverse sur un plan de coupe d’un composite à nid d’abeille. Le vieillissement de structures sandwichs a été étudié dans un premier temps par ondes de Lamb dans l’air et dans un second temps par mesure d’impédance électromécanique via un transducteur en contact avec les échantillons. Les résultats de modélisation et expérimentaux montrent que les fréquences et largeurs de résonances varient suivant le taux de porosités, illustrant la sensibilité de ces méthodes au vieillissement. / This thesis focuses on the ultrasonic non-destructive testing and evaluation (NDT&E) of composite materials contributing in part to the concept of structural health monitoring (SHM). Specifically, adhesion phenomena and aging of composite sandwich core honeycomb structures are of crucial interest for aeronautics. The properties related to these two phenomena were studied using theoretical models, numerical simulations and experimental results. Based on previous works, using Lamb waves allow to characterize adhesion and aging. Additional simulations were carried out with the finite element software Comsol Multiphysics©. Adhesion defects such as delamination or debonding at the interfaces have been detected and located by means of the Short Term Fourier Transform (STFT) by sliding window, both numerically and experimentally. In view of NDT industrial rates, phased array transducers allow inspection and characterization of local bonding. By comparison, the Debye series method (DSM) was conducted locally to solve the inverse problem of a cut plane of a honeycomb composite. First, sandwich structure aging was investigated using Lamb waves in the air. Second, the aging was evaluated by measuring the electromechanical impedance of a transducer in contact with the samples. These experimental results show that the resonance frequencies and widths variations depend on the degree of porosity, indicating the sensitivity of these methods to the aging.

Le contrôle non destructif (CND) de pièces pour des applications dans l'industrie a mené au besoin de modèles rapides et précises. Tels modèles servent au développement des méthodes d'inspection, à l'optimisation des capteurs utilisés aux essais, à l'évaluation des courbes de Probabilité de Detection (POD) ainsi qu'à la caractérisation de défauts. Cette thèse se focalise au CND par Courants de Foucault (CF) de pièces cylindriques avec des discontinuités selon z et contenant un défaut fin. Un modèle pour l'inspection de telles pièces a été développé afin de traiter des applications comme l'inspection des pièces alésées trouvées en aéronautique et des tubes des générateurs de vapeur utilisés dans l'industrie nucléaire. Ce modèle est basé sur une formulation d'équation intégrale. Plus précisément, la variation de l'impédance du capteur, dit signal CF, est calculée à partir d'une équation intégrale sur la surface du défaut. La formulation suivie est basée sur la méthode d'intégration surfacique (SIM). Cette formulation nécessite, d'un côté, le calcul du champ électrique en absence du défaut et, de l'autre côté, l'expression d'une fonction de Green qui correspond à la géométrie de la pièce sans défaut. Les deux problèmes électromagnétiques sont résolus en utilisant la méthode Truncation Region Eigenfunction Expansion (TREE). La méthode TREE est un outil performant pour la résolution des problèmes électromagnétiques qui prend en compte la décroissance rapide de l'intensité du champ afin de tronquer le domaine d'intérêt à une distance, où le champ est négligeable.Le modèle est validé en comparant le signal CF calculé avec des résultats obtenues par une approche combinant la méthode d'intégration volumique (VIM) et SIM, dite l'approche VIM-SIM (implémentée dans la plateforme CIVA) ainsi qu'avec le modèle d'éléments finis (FEM). Nous avons traité trois configurations différentes : un demi-espace conducteur alésé avec un défaut fin, une plaque conductrice avec un alésage et un défaut, et un tube semi-infini avec un défaut fin à la proximité de son bord. La comparaison des résultats montre un très bon accord entre les trois modèles. Le temps de calcul avec le modèle SIM est considérablement inférieur aux temps de calcul des autres modèles. En outre, le modèle SIM donne la possibilité d'effectuer le balayage du capteur dans le tube ou l'alésage dans le cas des pièces alésées. / Nondestructive Testing (NDT) of parts for industrial applications such as in nuclear and aeronautical industry has led to the need for fast and precise models. Such models are useful for the development of the inspection methods, the optimisation of probes, the evaluation of the Probability of Detection (POD) curves or for the flaw characterisation.This PhD thesis focuses on the eddy-current NDT of layered cylindrical pieces with discontinuities in the z direction and containing a narrow crack. A model for the inspection of such pieces is developed in order to be applied on the inspection of fastener holes met in aeronautics and of steam generator tubes in nuclear sector.The model is based on an integral equation formalism. More precisely, for the calculation of the impedance change one needs to solve an integral equation over the surface of the narrow crack, which is represented by a surface electric dipole distribution. This is the method known as surface integration method (SIM). This formulation requires, on the one hand, the calculation of the electric field in the absence of the flaw, the so-called primary field, and, on the other hand, the Green's function expression corresponding to the geometry of the flawless piece. Both electromagnetic problems are solved by means of the Truncation Region Eigenfunction Expansion (TREE) method. The TREE method is a powerful tool for the solution of electromagnetic problems which uses the rapid decrease of the field in order to truncate the region of interest at a distance where the field is negligible.The model is validated by comparing the results of the coil impedance variation with those obtained by an approach that combines the volume integral method (VIM) with SIM, known as VIM-SIM method, implemented in the commercial software CIVA and the finite element method (FEM) implementation in COMSOL software. Three different configurations have treated. The more general geometry of a conducting half-space with a borehole, a conducting plate with a borehole and a crack and a conducting semi-infinite tube with a crack near the edge. The results of the three models show good agreement between them. The computational time of the SIM model is significantly lower compared to previous models. Furthermore, another advantage of the SIM model is that it provides the possibility of a scan inside the borehole.

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français. / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais.

Les activités scientifiques que nous présentons dans ce manuscrit de thèse s’inscrivent dans la thématique de l’intelligence ambiante, axe stratégique ADREAM au sein du LAAS-CNRS. Depuis plusieurs années notre équipe de recherche N2IS fédère l’approche technologique de la SHM avec pour objectif la surveillance de santé structurelle. En effet, la maturité des matériaux innovants tels que les composites suscitent un intérêt certain auprès des constructeurs aéronautiques, ou bien encore l’utilisation des matériaux de type béton pour des ouvrages d’art, sont autant de structures hétérogènes qui nécessitent une surveillance périodique et/ou continue. Ceci, afin de détecter des cracks, des fissures, des corrosions surfaciques ou bien encore des délaminages. Pour ce faire, les solutions existantes s’appuient usuellement sur des technologies de contrôle non destructif (CND) qui intègrent le plus souvent des réseaux de capteurs à faible consommation interfacés avec des systèmes d’analyses des signaux. Ces approches CND présentent des limitations fonctionnelles majeures : elles ne sont pas versatiles et ne permettent pas d’assurer une continuité de service dans un mode « dégradé » lors d’un fonctionnement sur batterie avec un niveau d’énergie minimal. Notre travail de recherche se situe dans une perspective liée à la quantification d’un niveau de robustesse de structure hétérogène. Il a pour ambition le développement et l’intégration de systèmes matériels mixtes (analogiques/numériques) reconfigurables. Au terme d’une investigation sur les principales solutions technologiques matérielles reprogrammables et compte tenu de la problématique liée aux développements d’algorithmes d’analyse embarqués et de la minimisation de la consommation énergétique des capteurs, le choix s’est porté sur des technologies complémentaires FPAA et FPGA. Initialement nos études de recherche se sont focalisées sur l'étude de fonction analogique matérielle reconfigurable analogique. L'objectif est de démontrer une faisabilité conceptuelle en intégrant un système de conditionnement complexe (implémentation d'une technique de détection synchrone), ceci en considérant le compromis entre la prise de décision d’une reconfiguration à la volée vis-à-vis d’une gestion rationnelle de l'énergie du système. Dès lors, se pose la question de comment intégrer et stocker des données nécessaires au développement d’un traitement numérique performant ? Une solution repose sur une approche hybride avec une puce de type Zynq produite par Xilinx et embarquée sur une Zedboard. Cette solution, plus performante qu’une approche PSoC a permis le développement et l’implémentation de techniques de traitement de signal grâce à des outils d'optimisation et de génération de code de haut niveau. Au terme de ce travail de recherche, les résultats obtenus démontrent la validité des concepts mis en œuvre et permettent d'engager dès à présent le développement d’architectures intelligentes de nouvelle génération / Scientific activities described in this PhD thesis are part of the theme of smart environment, strategy axes of ADREAM with the LAAS-CNRS. Since several years, our research team (N2IS) had a field of interest in SHM (Structural Health Monitoring) with the objective of doing a smart diagnostic on different heterogeneous structures. Indeed, the maturity of innovative materials such as composites triggering interest among aircraft manufacturers, or even the use of materials like concrete structures of civil engineering, all those heterogeneous structures that require periodic monitoring and / or continuous one. This is to detect cracks, disbond, surface corrosion or even delamination. To do this, existing solutions usually rely on technologies of nondestructive testing (NDT) that incorporate mostly sensor networks low-power systems interfaced with analysis of signals. These approaches have significant functional limitations: they are not versatile and do not allow for continuity of service in a "degraded" when operating on battery power with a minimum level of energy mode. Our research is a view related to the quantization level of robustness of a heterogeneous structure. Its aim is the development and integration of hardware reconfigurable mixed (A / D ) systems. After an investigation of the main technological solutions reprogrammable hardware and given the problems associated with developments in analytical embedded and minimizing the energy consumption of sensor algorithms. The choice was based on technologies like FPAA and FPGA. Initially our research studies have focused on the study of reconfigurable analog hardware analog. The objective was to show a conceptual feasibility of integrating a complex conditioning system (implementation of a synchronous detection technique), considering the tradeoff between a decision on the fly reconfiguration and a rational energy management system. Therefore, the question of how to integrate and store data necessary for the development of an efficient digital processing. A solution based on a hybrid approach with a chip produced by Xilinx called Zynq and embedded on a Zedboard. This solution is more efficient than a PSoC approach and allowed the development and implementation of signal processing techniques with tools for optimization and provided a solution of self-generation code trough a graphic interface. Following this research, the results obtained demonstrate the validity of the concepts implemented and allow us to imagine the next smart generation architectures