Ce travail présente une étude détaillée des caractéristiques et des variations journalières et saisonnières du vent obtenues à partir des données de deux radars UHF profileurs de vent installés à Bamako en 2005 et à Niamey en 2006. Les pics du jet nocturne observés atteignent 14 ms-1 à 500m d'altitude. Ce jet est aussi présent à 150m. On note la présence d'un important cisaillement de vent aux conséquences aéronautiques non négligeables. Le cycle du vent est caractérisé par un fort cycle diurne ainsi qu'un cycle saisonnier bien distinct. Une évaluation du potentiel éolien est faite suivant deux méthodes : celle s'appuyant sur les distributions de vent observées directement sur les sites et celle utilisant les distributions statistiques de Weibull. Les variations mensuelles du module du vent et les distributions statistiques des vitesses sont présentées, de même que les paramètres de Weibull correspondants et les puissances moyennes récupérables. Les valeurs des paramètres de Weibull du jour et de la nuit sont comparées. Les résultats montrent que le jet nocturne est une importante source d'énergie à condition que les aérogénérateurs soient placés à 150m d'altitude et que de larges capacités de stockage d'énergie soient installées pour que l'énergie produite et stockée la nuit puisse être utilisée pendant la journée. Les résultats de l'étude économique montrent que cette énergie est bon marché en comparaison avec les autres sources d'énergie renouvelables.

Au cours des 30 dernières années, l'intérêt fut très marqué pour la recherche dans le domaine des couches minces dures et résistant à l'usure. Des matériaux ont été développés sous forme de couches minces céramiques pour des applications industrielles telles que des outils de coupe, des pièces automobiles et différents composants de machine. Les matériaux en jeu étaient, TiN, TiAlN, TiC, SiC, WC et carbone adamantin (DLC) par exemple. Cependant, les besoins technologiques et industriels d'aujourd'hui nécessitent l'utilisation des couches minces avec des propriétés plus évoluées. Pour cela, le système ternaire B-C-N avec ses phases ultra-dures a attiré beaucoup l'attention ces dernières années. Le carbure de bore (B4C) en particulier, avec sa haute dureté et son module d'Young élevé en plus de ses autres propriétés intéressantes, est l'un des matériaux les plus prometteurs. Une autre possibilité repose sur le carbonitrure de bore (BCN) qui présente des propriétés différentes en raison de la combinaison possible de plusieurs phases telles que le diamant, le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Une recherche bibliographique détaillée indique le fait que ces deux matériaux n'ont pas été suffisamment étudiés quand sous forme de couches minces. Le carbure de bore est l'un des matériaux les moins étudiés dans le cas de techniques de dépôt en phase vapeur telles que la pulvérisation cathodique. C'est également le composé le moins étudié dans le diagramme ternaire B-C-N. D'autre part, dans la bibliographie, presque tout l'effort a porté sur le dépôt du nitrure de bore cubique. Il existe très peu d'études centrées sur l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore et les différentes phases qui pourraient être obtenues. Le but de ce travail est d'étudier, en premier, l'effet de différents paramètres de pulvérisation sur les propriétés des couches minces de carbure de bore et d'établir des relations entre paramètres de dépôt, croissance des couches de carbure de bore et propriétés mécaniques et d'usure-frottement. Le deuxième objectif est d'étudier l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore pour établir une couche de carbonitrure de bore avec une dureté et une ténacité optimales ainsi qu'une résistance à l'usure élevée. Trois types de couches de carbure de bore bien adhérentes et homogènes ont été déposées par pulvérisation cathodique magnétron classique à courant continu (DC), pulvérisation cathodique magnétron DC assisté par plasma et pulvérisation cathodique radiofréquence (RF). Les couches minces de carbonitrure de bore déposées par pulvérisation cathodique magnétron a courant continu en mode réactif avec addition d'azote dans la composition du gaz plasmagène ont été également étudiées. La conception de multicouches fonctionnelles a permis de déposer des couches de carbure et carbonitrure de bore plus épaisses et adhérentes. Une cible de carbure de bore conductrice, produite par pressage à chaud de poudres de carbure de bore et une cible de carbure de bore commerciale ont été utilisées pour les dépôts par décharge à courant continu et RF respectivement. L'effet des paramètres de dépôt sur les différentes propriétés des couches a été évalué par plusieurs techniques de caractérisation. La composition élémentaire des dépôts a été déterminée par microsonde électronique de Castaing (EPMA). La microscopie à balayage électronique haute résolution avec un canon à émission de champ (FE-SEM) a servi à examiner la microstructure et la topographie des couches. Les profils de profondeur élémentaires des dépôts ont été obtenus par spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) et les propriétés nanomécaniques ont mesurées par nanoindentation. Le comportement tribologique des dépôts a été étudié en utilisant un tribomètre « pion-disque ». Les liaisons chimiques ont été identifiées par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). La nanostructure et la cristallinité des couches ont été caractérisées grâce à des observations par microscopie électronique en transmission (TEM). Les résultats ont démontré que les couches de carbure de bore constituent de bons revêtements à dureté élevée pour résister à l'usure. Grâce au contrôle des paramètres de pulvérisation, différentes microstructures correspondants à différentes propriétés ont pu être obtenues. Grâce à l'incorporation de l'azote dans la structure de carbure de bore, des couches présentant une dureté optimale et une résistance à l'usure élevée ont été développées, donnant ainsi la possibilité d'élargir la gamme d'applications pour ces dépôts. On a aussi constaté que la conception en multicouche fonctionnelle était une façon d'empêcher le décollement des couches et éviter des problèmes liés aux contraintes résiduelles pour les dépôts durs et résistants à l'usure. Des couches plus épaisses de carbure de bore et de carbonitrure de bore pour plusieurs applications industrielles, peuvent donc efficacement être déposées grâce a une conception appropriée des différentes sous-couches.

1 Contexte Le contexte général est celui du contrôle des écoulements et plus précisément du contrôle des couches limites clef de voute des écoulements. Ce domaine de la mécanique des uides consiste à manipuler un écoulement an de l'amener dans l'état désiré. Les applications les plus courantes en sont la minimisation de la force de trainée sur un véhicule ou encore l'augmentation de la portance d'une aile ou la réduction du bruit provoqué par un écoulement. Un moyen connu et usuel de manipuler les couches limites est d'utiliser des générateurs de vortex. Sous ce nom générique se cache une multitude de dispositifs dont la fonction primaire est d'introduire de la vorticité longitudinale au sein de la couche limite. Si chacun des triptyques application-écoulement-actuateur a mené à étude paramétrique par des départements d'ingénierie, il n'existait aucun consensus sur une méthode à même de prédire les paramètres optimaux à priori. Au cours des travaux présentés ici nous avons cherché à proposer et tester des outils capable de faciliter les études nécessaire à la mise en place ecace de générateurs de vortex génériques appliqué au contrôle sur un écoulement décollé en ayant une approche basée sur la physique de la couche limite. 2 Interaction entre des générateurs de vortex et une couche limite La première étape consista à observer l'interaction entre les structures engendrées par les générateurs de vortex et une couche limite sur une plaque plane. Dans les installations hydrodynamiques du laboratoire nous menons au moyen d'un protocole expérimental original, inspiré de l'imagerie par tomographie, à la reconstruction par imagerie par image de particules (ou PIV) des champs moyennés dans le temps et tridimensionnel des composantes longitudinales et transverse de la vitesse ce qui constitue à l'époque (2005) un petit exploit expérimental. Du point de vue du contrôle d'écoulements décollés cela nous a permis de quantier la modication moyenne de l'écoulement moyen. Sur ce concept nous introduisons une grandeur intégrale représentative de cette modication. Cette dernière nous aide à évaluer l'impact des générateurs de vortex sur la susceptibilité de la couche limite à subir un décollement. Une seconde analyse a permis de faire progresser les connaissances de la transition à la turbulence de la couche limite. En effet vorticité longitudinale et streaks apparaissent naturellement de façon transitoire à petite échelle lors de la transition. Un processus d'auto-entretien de ces deux structures avait été soupçonné et modélisé mais était dificilement observable expérimentalement. L'idée originale est donc ici de forcer de façon stationnaire la position des tourbillons et donc celle des streaks ce qui en rend l'étude plus aisée. En observant les énergies de ces structures à différents nombres de Reynolds nous détectons un seuil au delà duquel sont observés de nombreux indices de l'existence de ce processus selon le scénario modélisé. Il s'agit de la première démonstration expérimentale de l'existence d'un processus auto-entretenu entre tourbillons longitudinaux et streaks dans une couche limite en transition, ce qui a donné lieu à la publication de ces travaux dans Physical Review Letter. 3 Étude de l'écoulement décollé au dessus d'une rampe descendante Afin d'évaluer l'efficacité prédictive des grandeurs construites auparavant, l'écoulement au dessus d'une rampe descendante a été retenu cette géométrie étant proche de celles rencontrées dans les applications courantes (transport). Nous avons donc mené en canal hydrodynamique et en souerie des mesures PIV en fonction du nombre de Reynolds et ainsi fournit une première étude comportant une analyse de la longueur de recirculation en fonction du nombre de Reynolds, ainsi qu'une analyse détaillée des modes instables de la couche cisaillée et de la bulle de recirculation en employant une PIV résolue dans le temps dévellopée au cours de cette thèse et une méthodologie basée sur du filtrage fréquentiel qui a été crée pour l'occasion en s'inspirant des méthodes utilisé par les numériciens. Enfinnous avons confronté nos résultats à ceux obtenus sur une marche descendante. Il a été proposé et validé que le comportement de la bulle de recirculation pouvait être ramené à celui obtenu lors de l'écoulement sur une marche descendante de hauteur fixée par la position du point de décollement à un nombre de Reynolds dépendant de cette nouvelle hauteur. L'analyse fréquentielle de l'écoulement exhibe de nombreux points communs avec les écoulements de marche descendante correspondant. On y trouve fréquence dominante découlant de l'instabilité linéaire de la couche cisaillée, ses harmoniques et couplages avec les modes à basse fréquence de la bulle de recirculation. Cependant le fait que le point de décollement en plus de celui de rattachement soit laissé libres provoque une plus grande liberté de la bulle de recirculation ce qui a tendance à alimenter l'amplificateur de bruit qu'est la couche cisaillée et enrichit considérablement les spectres. Ceci rend une attribution sans équivoque des différents modes à leur source physique compliquée étant donné le nombre de sources possibles. Il s'agit à notre connaissance de l'étude expérimentale la plus complète sur cet écoulement. 4 Contrôle par générateurs de vortex de l'écoulement au dessus d'une rampe descendante. Il s'agissait enfin d'évaluer l'efficacité des outils construits lors de la première étape afin de contrôler le décollement ayant lieu dans l'écoulement étudié dans la seconde partie en combinant les méthodes expérimentales. A des nombres de Reynolds équivalents, une étude paramétrique a montré que la longueur d'onde optimale an d'accélérer la couche limite en moyenne (et donc donner plus d'énergie cinétique an de lutter contre le décollement) sur une plaque plane était également celle qui permettait de parvenir au décollement le plus tardif. Ce résultat valide l'emploi des outils construits au cours de la première phase de ces travaux . Nous montrons qu'en plus d'un décollement repoussé, nous modulons la couche cisaillée de la même manière que la couche limite incidente ce qui permet également de modifier le contenu fréquentiel de l'écoulement. Au cours du premier essai sur le sol européen de la V3V (pour Volumetric 3-component Velocimetry, TSI) qui permet d'acquérir les instantanés des 3 composantes de la vitesse dans un volume donné, nous avons pu démontrer que les structures tourbillonnaires transversales découlant de la déstabilisation de la couche cisaillée pouvaient être tuées par la modulation ainsi induite par le contrôle.

L'objet de ce travail de thèse est l'étude en soufflerie du sillage lointain des éoliennes à axe horizontal. La complexité phénoménologique du sillage des éoliennes fait que les mécanismes le régissant sont généralement traités d'un point de vue stationnaire : les principaux paramètres (déficit de vitesse, production de turbulence...) sont alors moyennés dans le temps. Néanmoins, considérer les instationnarités du sillage d'une éolienne placée en écoulement atmosphérique permet d'observer un phénomène appelé meandering, traduisant un battement aléatoire du sillage. Ce travail est construit en deux grandes parties : la vision stationnaire et la vision instationnaire du sillage d'un modèle simplifié d'éolienne, basé sur le principe du disque de Froude, placé dans une couche limite atmosphérique (CLA) modélisée en soufflerie à l'échelle 1/400. La première partie est composée de plusieurs études paramétriques sur l'influence du point de fonctionnement d'une éolienne, sur sa hauteur de mât ou encore sur le type de CLA. Une éolienne en situation de dérapage fait également l'objet d'études paramétriques. Celles-ci visent à étudier le comportement du sillage dans différentes situations et il est alors montré les limites des lois empiriques présentes dans la littérature, concernant notamment l'influence de la turbulence ambiante. La seconde partie se focalise sur la vision instationnaire, jusqu'ici rarement considérée. En utilisant l'anémométrie par fil chaud, les résultats montrent le rôle des grandes échelles de la turbulence atmosphérique sur l'apparition du meandering. L'amplitude du battement et les dimensions du sillage instantané sont ensuite appréhendées de façon quantitative par mesures PIV, montrant l'influence du point de fonctionnement de l'éolienne et de l'intensité de turbulence ambiante.

L'une des difficultés rencontrées dans les écoulements turbulents provient du fait que les statistiques dépendent très fortement de ce qui se passe à proximité des parois. La présence de ces derniers est pour la plupart du temps prise en compte par l'introduction de fonctions d'amortissement dans les équations des modèles. Cette approche particularise d'avantage les modèles et aussi ne favorise pas leur universalité. Le but de cette thèse est de développer des modèles Algébriques Explicites prenant en compte les effets de paroi par l'approche de la pondération elliptique développée par Manceau et Hanjalic, puis de procéder à la validation de ces modèles dans différentes configurations d'écoulements. La méthodologie de la modélisation algébrique explicite consiste à projeter l'équation du tenseur d'anisotropie sur une base convenablement choisie. La théorie des bases d'intégrité permet de déterminer le nombre de tenseurs devant constituer cette base afin d'éviter toute singularité dans les modèles. Dans cette circonstance de nombreux de modèles peuvent alors être développés. La prise en compte de la pondération elliptique à fait apparaître un tenseur supplémentaire M dans les équations en dehors des tenseurs S et W classiquement utilisés. Ce qui d'un côté rend plus complexe le cadre théorique, mais d'un autre côté offre de nombreuses possibilités de modèles approchés utilisables en pratique. Les modèles linéaire et non linéaire développés et testés pour une large gamme de Reynolds en canal, en écoulement de Couette-Poiseuille et en écoulement de couche limite sans cisaillement ont montrés leur capacité à reproduire convenablement l'anisotropie en proche paroi. La limite à deux composantes de la turbulence est préservée. L'extension de ces modèles en 3D a permis de montrer qu'il est possible de représenter correctement l'anisotropie dans un cas 3D en utilisant une base tronquée à trois tenseurs, à condition toutefois de prendre en compte l'intégralité des invariants apparaissant en 3D.

L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-déconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie.

Les Oligothiophènes sont étudiés depuis une quinzaine d’années dans le cadre du développement d’applications électroniques et plus particulièrement des transistors à effet de champ organiques (OFETs). Dans ce contexte, une série de dialkylterthiophènes a été synthétisée et l’organisation supramoléculaire a été caractérisée en volume à l’aide de différentes techniques. L’analyse enthalpique différentielle nous a, tout d’abord permis de détecter les transitions de phases de chaque composé et de caractériser précisément les températures et les enthalpies de transitions. Nous avons constaté que chaque système présente une ou plusieurs phases cristal-liquides. Leur nature smectique ainsi que leur structure ont été identifiées par microscopie optique polarisée et par diffraction des rayons X. Pour les phases smectiques les plus ordonnées, la diffraction RX a révélé une organisation supramoléculaire à l’intérieur des plans smectiques, symptomatique de phases smectiques-cristallines. Les paramètres de maille de chaque système en phase cristalline ou SmG, ont été déterminés à l’aide d’une méthode de simulation. Les propriétés thermotropes et structurales sont discutées en fonction de la longueur des chaines alkyles. Un composé cristal-liquide de la série précédente, le dioctylterthiophène, a ensuite été caractérisé en couche mince afin d’étudier les effets d’interfaces sur sa structure. La caractérisation, par diffraction des rayons X et microscopie à force atomique, de films minces de différentes épaisseurs, a révélé l’existence d’une phase ‘‘couche mince’’ à partir de leur interface substrat/composé et sur une épaisseur d’environ 30 nm. Au-delà de cette épaisseur, la phase en volume domine l’organisation supramoléculaire de chaque film. Aucune phase similaire (à la phase couche mince) n’a, par contre, été détectée à leur interface air/composé. Deux températures d’isotropisation ont donc été observées à 106°C pour la phase couche mince et à 90°C pour la phase en volume. Enfin, le phénomène de pré-transition de phase à l’interface air/composé de films épais de dihexylterthiophène et de dioctylterthiophène, a été étudié par ellipsométrie. Cette technique nous a permis d’observer la formation progressive d’une couche anisotrope à l’interface air/composé de chaque film quelques degrés au dessus de leur température de transition de phase isotrope/smectique. L’épaisseur de chaque couche anisotrope augmente par couche smectique lorsque la température décroit vers la température de transition de phase isotrope/smectique. À l’approche de cette température de transition, nous avons constaté que chaque épaisseur diverge impliquant un mouillage complet de leur interface air/composé. L’épaisseur de chaque couche anisotrope augmente tout d’abord de manière logarithmique ; puis à l’approche de la température de transition, cette augmentation suit une loi de puissance.

Le contrôle d'écoulement permet d'éliminer le phénomène de décollement de couches limites, très néfaste pour les performances des machines interagissant avec un fluide (avions, voitures, turbomachines ...). Ces travaux s'intéressent plus particulièrement au contrôle actif d'écoulement au moyen de jets continus. Une maquette permettant de manipuler l'équilibre de la couche limite a été conçue et installée dans la soufflerie du Laboratoire de Mécanique de Lille. La première partie du travail a consisté en la caractérisation de l'écoulement autour du modèle à l'aide de visualisations par fils de laine et par enduit gras, de mesures de répartition de pression, de mesures par anémométrie à fils chauds et par PIV. Ceci a permis de définir la configuration du modèle la plus appropriée pour les études de contrôle mais aussi de connaître précisément les caractéristiques de l'écoulement sélectionné. La configuration retenue correspond à un écoulement en gradient de pression adverse suivi d'une séparation sur le volet, un peu comme sur l'extrados d'une aile d'avion. L'utilisation de sondes de frottement associées à des visualisations aux fils de laine ont permis d'étudier et d'optimiser des actionneurs passifs, puis des actionneurs à jets continus. Certaines des configurations actives optimales ont ensuite été caractérisées plus en détail par une mesure par PIV englobant toute la zone de séparation. Il apparaît que les jets continus ne suppriment pas complètement les mécanismes de la séparation mais réduisent leur intensité et les concentrent plus ou moins près de la paroi

Les couches minces d'argent (10 nm d'épaisseur) sont largement utilisées dans l'industrie verrière pour leur performance dans l'isolation thermique des bâtiments. Cependant, elles sont sensibles à la corrosion pendant le transport et le stockage. L'objectif de la thèse est de mieux comprendre les mécanismes de sulfuration de ces couches, en solution aqueuse sulfurée, avec un système modèle Ag/Ti/SiO2 préparé par PVD. Le comportement électrochimique, les modifications structurales superficielles, les aspects cinétiques et la chimie de surface ont été étudiés aux échelles macroscopique et atomique. Un comportement électrochimique similaire à celui observé pour des couches épaisses est démontré. Le mécanisme d'adsorption 2D du soufre sur monocristal Ag(111) dans Na2S 1 mM + NaOH 0,1 M a été étudié par EC-STM. Les surstructures (2√3 × 2√3)R.30°, (√3 × √3)R.30° et (√7 × √7)R.19° du soufre adsorbé sont formées successivement, avec l'augmentation du potentiel, jusqu'à la saturation de la surface. Les bords de marches seraient des sites de réaction privilégiés et, en extrapolant à une couche polycristalline orientée préférentiellement (111), ce sont les joints de grains qui joueraient ce rôle. La cinétique de formation spontanée du sulfure d'argent au potentiel de circuit ouvert (OCP) a été suivie in situ par EQCM. La vitesse moyenne de croissance d'Ag2S est estimée à 750 ng.cm-2.min-1. La formation d'Ag2S en îlots 3D est mise en évidence : le taux de recouvrement du sulfure augmente jusqu'à environ 85%, tandis que les îlots croissent en hauteur. La sulfuration augmente la rugosité de surface et détruit la structure stratifiée de l'empilement initial.

Les alliages aluminium-cuivre, et en particulier l'alliage 2024 (4% de Cu) sont utilisés dans l'industrie aéronautique pour leur faible densité alliée à de très bonnes propriétés mécaniques. Néanmoins, ces alliages sont très sensibles à la corrosion. Ainsi dans le cas de l'alliage 2024, la présence de précipités riches en cuivre, noyés dans une matrice d'aluminium, soumet cet alliage à un risque de corrosion galvanique. Dans une solution en plein bain contenant un électrolyte aéré de pH neutre, le couplage galvanique entre les deux métaux se produit comme prévu : la dissolution d'aluminium est la réaction anodique et la réduction de l'oxygène est la réaction cathodique à la surface du cuivre. La formation d'une crevasse à l'interface Al / Cu, avec re-déposition de cuivre dans le voisinage de l'interface a souvent été observée, mais n'a jamais été clairement expliquée. Ainsi, le but de ce travail est de mettre en évidence le mécanisme de dissolution du cuivre et de voir l'influence du confinement sur ce comportement. Un montage en couche mince a été mis au point au laboratoire, permettant d'obtenir une couche d'électrolyte (d'épaisseur inférieure à quelques centaines de micromètres) entre deux plans parallèles contenant respectivement des électrodes en cuivre pur et en aluminium pur. Le courant et le potentiel galvaniques ont été suivis en fonction du temps, de la distance entre les deux métaux, ainsi que du rapport des surfaces variant entre 10 et 0,1 entre le cuivre et l'aluminium. Après le remplacement de l'électrode supérieure par une paroi isolante, le comportement de l'électrode de cuivre a été suivi en présence d'ions Al3+ dans la couche mince. Enfin, le mécanisme de couplage galvanique est discuté en tenant compte de la modification du pH au sein de la couche mince d'électrolyte.