Les systèmes barrière thermique sont utilisés en production depuis plus d'une quinzaine d'années pour protéger les aubes des turbines aéronautiques. Ce sont des systèmes multicouches composés d'une couche de céramique isolante déposée à la surface du superalliage constitutif de l'aube préalablement recouvert d'une couche de liaison qui assure la protection contre l'oxydation. La ruine de ces systèmes survient par écaillage de la couche de céramique. Ce phénomène complexe repose sur des mécanismes qui ne sont pas encore complètement connus ni maîtrisés.<br />Cette étude se propose de contribuer à l'amélioration de la compréhension de ces mécanismes de dégradations qui affectent l'adhérence des systèmes barrière thermique en service. A cette fin, une approche originale a été développée, avec la conception et la mise en œuvre d'un essai permettant d'évaluer quantitativement l'adhérence de systèmes barrière thermique et de suivre son évolution en oxydation cyclique à haute température. Les résultats des essais menés sur les systèmes étudiés sont discutés en fonction des évolutions microstructurales observées. Cette mise en relation permet d'identifier les dégradations critiques en terme d'adhérence.<br />Finalement, une approche énergétique de l'écaillage des systèmes barrière thermique est proposée. De cette approche découle la définition d'un critère d'écaillage qui donne une estimation de leur durée de vie. La validité et la pertinence de ce critère sont discutées dans le cas particulier des systèmes étudiés.

L’océan et l’atmosphère sont des environnements fluides stratifiés en densité, en référentiel tournant : la force de Coriolis due à la rotation de la planète influence l’écoulement. De grands tourbillons lenticulaires évoluent dans ces environnements, avec parfois de grandes durées de vie comme les Meddies de l’Océan Atlantique.Dans la continuité des expériences de Griffiths & Linden (1981) et Hedstrom & Armi (1988), ces tourbillons sont reproduits en laboratoire en injectant ou aspirant localement du fluide dans une couche d’eau salée tournante, linéairement stratifiée en densité. A l’ordre dominant, les tourbillons sont à l’équilibre cyclo-géostrophique et hydrostatique, d’où l’on dérive la loi de leur rapport d’aspect, validée par les expériences et les observations. Un modèle complet de tourbillon à l’équilibre incluant les recirculations internes est proposé, en partant d’un profil Gaussien pour la vitesse azimutale, puis validé numériquement. A partir de ce modèle, un bilan d’énergie permet alors de décrire la décroissance des tourbillons.Certains tourbillons naturels comme les Meddies présentent des structures fines associées à de forts gradients de densité à leur frontière, que l’on reproduit en laboratoire autour de tourbillons entretenus par une injection continue de fluide. Ces structures en couches sont la manifestation de l’instabilité de McIntyre, instabilité qui apparaît lorsque les diffusivités visqueuse et moléculaire sont sensiblement différentes. L’analyse de stabilité linéaire de McIntyre appliquée au modèle Gaussien de tourbillon permet de retrouver les tailles et temps d’apparition associés au couches qui entourent les Meddies. / The ocean and the atmosphere are density stratified fluid environments in a rotating frame: the Coriolis force, due to the rotation of the planet, influences the flow. Huge lenticular vortices evolve in these environments, sometimes with very long lifetimes as the Meddies of the Atlantic Ocean.Based on Griffiths & Linden (1981) and Hedstrom & Armi (1988) experiments, such vortices are experimentally reproduced by locally injecting or sucking up fluid in a rotating layer of salty water, linearly density stratified. At dominant order, the vortices are in cyclo-geostrophic and hydrostatic balance, from which the law for their vertical aspect ratio is derived, validated by experiments and observations. A more complete model of vortex in equilibrium is proposed from a Gaussian profile for the azimuthal velocity, including internal secondary circulations, and then numerically validated. From this model, an energy balance allows us to describe the vortices decay.Some natural vortices, as the Meddies, have fine-structures associated to high density gradients at their frontier, that we experimentally reproduce around vortices maintained through a continuous injection of fluid. This layered structure is the expression of McIntyre's instability, which appears when viscous and molecular diffusivities are significantly different. The linear stability analysis of McIntyre applied to the Gaussian model of vortex allows us to recover the sizes and duration of appearance of the layers that surround the Meddies when eddy viscosities measured in the ocean are used.

Afin de limiter son impact environnemental, un dispositif photovoltaïque doit être performant, durable dans le temps et fabriqué avec un procédé peu énergivore. Depuis 2 décennies les cellules photovoltaïques organiques ont vu leurs rendements se décupler (14 % atteint en 2018) les rendant de plus en plus compétitives avec les technologies dominant le marché.Les dispositifs organiques commerciaux sont généralement produits par impression réalisée à l’air ambiant et possèdent donc des coûts de fabrication relativement faibles. La durée de vie de ces systèmes variera selon les matériaux mis en jeux et selon l’environnement d’utilisation et reste un point faible de la technologie . Un nombre important de groupes présentent des études de durée de vie sur des dispositifs de petites surfaces et dont le procédé de fabrication n’est pas au stade industriel. Le travail présenté dans ce manuscrit a été mené en collaboration avec ARMOR et le CEA-INES et a pour but de présenter l’application de méthodes de caractérisations et d’analyses non destructives, permettant d’expliquer l’évolution sous illumination des modules photovoltaïques organiques (OPV) produits au déroulé sur ligne pilote. Nous présenterons le développement et l’utilisation de méthodes d’imagerie (électroluminescence, photoluminescence), de caractérisations I(V) sous illumination variable et de modélisation, permettant de comprendre les différences observées sur les performances après fabrication et après vieillissement. Un comparatif entre des cellules et des modules OPV sera également établi. Ce travail a ainsi permis de mettre en évidence les disparités existantes au sein de modules issus d’un même procédé de fabrication. De plus, certaines causes de dégradation de ces modules sous illumination ont été identifiées et des solutions sont proposées pour y remédier. / In order to limit its environmental impact, a photovoltaic device must be efficient, sustainable and manufactured with a process that consumes low energy. In the last two decades organic photovoltaic cells have seen their efficiency increase tenfold (14% reached in 2018) making them more and more competitive with market-leading technologies (Si, thin films).Commercial organic devices are generally produced by printing in ambient air and therefore have relatively low manufacturing costs. The lifespan of these systems will vary with the materials involved and the applied stress and remains a weak point of the technology . A large number of research groups present lifetime studies on small scale devices produced at lab-scale. This work was conducted in collaboration with ARMOR and CEA-INES and aims at presenting the application of non-destructive characterization and analysis methods, to explain the evolution under illumination of organic photovoltaic modules (OPV) produced by roll-to-roll on an industrial pilot line. We will present the development and use of imaging methods (electroluminescence, photoluminescence), variable illumination measurement and modeling to explain the differences in performances after manufacturing and after aging between cells and OPV modules. This work has thus made it possible to highlight the disparities existing within modules and cells resulting from the same manufacturing process. In addition, some of the causes of degradation of these modules under illumination have been identified and mitigation strategies have been proposed.

Depuis ces deux dernières décennies, une nouvelle technologie sans fil appelée Réseau de Capteur Sans Fil (RCSF) résultant d"une fusion entre les systèmes embarqués et les communications sans fil a vu le jour. Un RCSF ("WSN : Wireless Sensor Network" en Anglais) est un réseau Ad hoc composé d"un grand nombre de nœuds qui sont des micro-capteurs qui peuvent être déployés de façon aléatoire ou déterministe dans une zone d"intérêt donnée. Ces nœuds capteurs sont capables de récolter plusieurs paramètres physiques sur l"environnement qui les entoure, appelé généralement zone de captage (ou zone de surveillance). Ensuite, ils doivent si nécessaire traiter les données capturées et les transmettre à un (ou plusieurs) nœud de collecte appelé station de base, centre de traitement ("sink" en Anglais). Beaucoup de domaines d"applications tels que le contrôle et suivi environnemental, le contrôle de production dans l"industrie, la surveillance de zone, le monitoring de l"habitat, l"agriculture intelligente, etc. sont basés sur les RCSF. Toutefois, les RCSF ne sont pas parfaits. En effet, compte tenu de leur petite taille, leur faible coût et leurs déploiement dans des zones souvent hostiles ou difficiles d"accès, les nœuds capteurs présentent un certain nombre de faiblesses parmi lesquelles une durée de vie du réseau limitée, une bande passante faible, des capacités de capture et de communication réduites, etc. Afin de surmonter ces contraintes des RCSF, plusieurs problématiques de recherche sont nées ces dernières années, et les principales portent sur l"optimisation de la consommation énergétique en vue d"améliorer la durée de vie du réseau. D"autres recherches importantes menées dans le domaine de ces réseaux portent sur les stratégies de placement des nœuds, sur la couverture de zones et sur la connectivité du réseau. Cependant, la plupart des solutions proposées ces dernières années ne prennent pas en compte toutes ces problématiques dans leurs modèles de résolution ; alors que dans beaucoup d"applications des RCSF telles que la surveillance de zone critique, le monitoring de l"habitat, l"agriculture intelligente, il est nécessaire de garantir en même temps une couverture complète de la zone de surveillance, une bonne connectivité du réseau, tout en optimisant au mieux la durée de vie de celui-ci. Le but de cette thèse est donc de proposer de nouveaux mécanismes efficaces pour l"optimisation de la durée de vie dans les RCSF, tout en garantissant, à tout moment de cette durée de vie, une couverture totale de la zone de surveillance, ainsi qu"une bonne connectivité du réseau. Pour atteindre nos objectifs, nous avons étudié et fait des propositions dans deux axes qui sont le placement des nœuds et les mécanismes d"ordonnancement au niveau de la couche MAC. Pour ces derniers, nous avons mis en place un algorithme appelé DSMAC (Distributed Scheduling Medium Acces Control) qui est basé sur notre méthode de placement des nœuds. Par ailleurs, DSMAC permet de couvrir 100% de la zone de surveillance, assure une bonne connectivité du RCSF et permet également aux nœuds capteurs d"économiser jusqu"à 30% de leur énergie comparativement à d"autres protocoles MAC tels que TunableMAC. / Since the past two decades, a new technology called Wireless Sensor Network (WSN) which result in a fusion of embedded systems and wireless communications has emerged. A WSN is Ad hoc network composed of many sensors nodes communicating via wireless links and which can be deployed randomly or deterministically over a given interest region. Theses sensors can also collect data from the environment, do local processing and transmit the data to a sink node or Base Station (BS) via multipath routing. Thereby, a wide range of potential applications have been envisioned using WSN such as environmental conditions monitoring, wildlife habitat monitoring, industrial diagnostic, agricultural, improve health care, etc. Nevertheless,WSN are not perfect. Indeed, given their small size, their low cost and their deployment generally in hostile or difficult access areas, sensor nodes have some weaknesses such as: a limited energy, so a network lifetime limited, limited bandwidth, limited computations and communications capabilities, etc. To overcome these limitations, several research issues from were created in recent years, and the main issues focus on the optimization of energy consumption in order to improve the network lifetime. Other important researches focus on issues of coverage areas, placement strategies of sensor nodes and network connectivity. However, most solutions proposed in recent years to resolve these issues do not take into account all these issues that we cited above in resolutions models; while in many WSN applications such as monitoring critical region, wildlife habitat monitoring, agricultural application, a full coverage of the monitoring region and network connectivity are mandatory as well an energy-awareness network lifetime. The objective of this thesis is thus to propose new scheduling mechanisms for optimizing the network lifetime in WSN, while ensuring at any time of the network lifetime a full coverage of the monitored region and network connectivity. To achieve our goals, we have study and done proposal in two axes which are placement strategy of sensor nodes and scheduling mechanism in the MAC layer. For these, we have implemented a Distributed Scheduling Medium Access Control algorithm (DSMAC) based on our placement method. Furthermore, DSMAC enables to cover 100% of the monitored region, to ensure optimal network connectivity and also allows sensors node to save up to 30% of their energy compared to other MAC protocols such as TunableMAC.

Les supercondensateurs présentent un intérêt grandissant pour des applications embarquées. De récentes études (Supercapacitors USA, 2013) montrent que leur intégration dans un véhicule hybridé électriquement peut contribuer à multiplier par deux la durée de vie des batteries. Cependant, leur vieillissement n’est pas totalement maîtrisé et suscite encore de nombreuses interrogations.L’étude menée dans le cadre de cette thèse aborde la problématique du vieillissement du supercondensateur, et sa mise en application dans une chaîne de propulsion électrique haute tension. Les travaux ont porté sur les modes de vieillissements accéléré par floating (tension et température constantes) et par cyclage (charge décharge à courant constant), et ont permis l’élaboration d’un protocole d’essai fiable et répétitif permettant de minimiser les perturbations lors des mesures en modes fréquentiel et continu dites respectivement AC et DC. Les études faites sur le vieillissement par floating ont permis non seulement d’aboutir à une estimation de la durée de vie des supercondensateurs mais aussi d’analyser certaines causes du vieillissement de ces éléments.Durant cette étude nous avons également intégré un pack de supercondensateurs dans une plateforme d’un véhicule électrique équipé d’un pack de batteries au lithium fer phosphate. Cette étude a permis de mettre expérimentalement en évidence l’apport des supercondensateurs lors de phases transitoires (accélération, freinage, sollicitations brusques) et la réduction induite des sollicitations dynamiques sur la batterie. / Ultracapacitors present a growing interesting in at various the embedded applications. Recently published studies show that different integrations of ultracapacitor in the Hybrid Electric Vehicle (HEV) permits to increase the battery’s lifetime up to twice. In the meantime, the aging of ultracapacitor is not fully known and still waits many questions have to be responded.This thesis is studying the aging of the ultracapacitor and their integration in a HEV. The work focused on the accelerated aging in floating mode such as constant voltage and temperature and also in cycling mode such as charge-discharge for a constant current. This study permits us to find a reliable and a repeatable test protocol in order to minimize the noise during the measurement of a frequencial and a continuous mode. In the meantime, the floating mode allows to estimate the supercapacitors’ lifespan and also to determine some reasons of the aging.Besides, we have also included a pack of ultracapacitors in an EV platform based on a pack of lithium iron phosphate. The experimental test demonstrated clearly a contribution of the ultracapacitors during a transient phase (acceleration, braking, sudden stress) and the dynamic strain reduction on the battery.

Si l'endurance des matériaux élastomères soulève un intérêt grandissant, il n'existe que peu d'études quantitatives dans la littérature. Les modèles de prévision de durée de vie sont quant à eux quasi inexistants. L'étude menée précédemment au Centre des Matériaux par N. André a permis d'établir un modèle de prévision de la durée de vie sous sollicitations cycliques uniaxiales. Ce critère constitute le point de départ de cette étude dont l'objectif est double. Il s'agit d'identifier précisément les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures, puis de proposer un critère d'amorçage sous chargement cyclique multiaxial non proportionnel.<br /><br />La comparaison des observations SEM de la surface d'éprouvettes de fatigue à celles faites lors d'essais de traction in situ indique qu'il n'existe pas de différence majeure entre les modes d'endommagement de fatigues et de sollicitations monotone. La cavitation et la décohésion apparaissent comme les deux mécanismes principaux d'endommagement. Les fissures s'initient à partir d'hétérogénéités dont la taille varie entre 100 et 500 micromètres, pour ensuite se propager dans le reste de l'éprouvette et éventuellement provoquer sa rupture. Des analyses EDS permettent d'identifier différentes classes d'inclusions et le mode d'endommagement associé.<br /><br />L'élastomère étudié possède la particularité de cristalliser aux grandes déformations. L'étude par diffraction X des transformations de phases aux grandes déformations, l'observation des pointes de fissures de fatigue et les résultats d'essais de traction cycliques originaux ont permis de mettre en évidence un phénomène de cumul de la cristallisation en pointe de fissures, sous certaines conditions de chargements. La forte anisotropie qui en découle permet d'expliquer l'origine de la diminution de la vitesse de propagation (augmentation de la durée de vie) à rapports de charges positifs. Les observations SEM confirment ces conclusions. Enfin, quel que soit le type de sollicitation (uniaxial ou multiaxial) la comparaison de l'orientation des fissures avec le chargement local indique que les fissures se propagent en mode d'ouverture.<br /><br />Le modèle de prévision de la durée de vie proposé par N. André est tout d'abord repris et ré-identifié en ajoutant notre base de donnée expérimentale à celle établie par le précédent auteur afin d'identifier l'éventuel rôle des fortes compressions. Une méthode d'optimisation des différents paramètres du critère est présentée. Elle est basée sur l'utilisation d'algorithmes génétiques. Un premier modèle multiaxial est proposé en introduisant des invariants du tenseur des contraintes dans le modèle uniaxiale précédent. Les limitations d'un tel modèle sont démontrées tant en terme de prévision de la durée de vie que de la localisation de l'amorçage.<br /><br />Sur la base des conclusions faites sur les modes d'endommagements, de propagation et sur l'origine du renforcement, un nouveau modèle de prévision de durée de vie est proposé. Ce modèle, écrit en grandes déformations est identifié sur les essais uniaxiaux. Il est ensuite appliqué aux essais multiaxiaux. Dans tous les cas de chargements appliqués, le modèle a démontré sa capacité à localiser l'amorçage (notamment dans le cas d'amorçages internes rares en fatigue), prévoir la durée de vie et l'orientation des fissures

Létude a pour but de caractériser lévolution du comportement du Polyamide 11 au cours dun vieillissement thermo-mécanique de type fluage, et sintéresse en particulier à la fissuration fragile lente à 90°C.<br />En suivant lévolution de nombreux paramètres physico-chimiques, nous avons déterminé des conditions de vieillissement qui permettent dobtenir un matériau ayant des propriétés semblables à celles du matériau vieilli en service (transport de fluide).<br />La thèse démontre que le vieillissement influe fortement sur le comportement à la fissuration en fluage, et que le mécanisme dendommagement (multi-crazing) observé sur les éprouvettes est similaire à celui observé in-situ. <br />A partir des mécanismes observés, deux méthodes de détermination des durées de vie sont proposées. Dune part, à partir de courbes maîtresses présentées dans le cadre de la mécanique de la rupture en viscoplasticité avec utilisation du paramètre C*h, paramètre pertinent pour le PA11 à 90°C. Dautre part, à partir de critères locaux sur la base dune loi de comportement viscoplastique (modèle DDI). La pertinence de deux modèles dendommagement a été testée et discutée à partir dessais en mode mixte I+II.

L'objectif de cette étude, réalisée en collaboration avec l'Agence d'Essais Ferroviaire (AEF) de la SNCF, est de proposer une méthode de calcul de durée de vie sous chargements complexes (chargements multiaxiaux d'amplitude variable) en fatigue à grande durée de vie. La première partie du document présente une analyse critique de différentes méthodes de la littérature dans ce domaine. La seconde partie du document présente la base de données expérimentales établie en vue de l'identification et de l'évaluation de la méthode proposée. Cette base de données est constituée d'essais sur éprouvettes lisses sous une large gamme de sollicitations à complexité croissante (les essais vont de la traction d'amplitude constante à des essais de flexion-torsion hors phase d'amplitude variable) mais également sur roue de TGV à échelle 1 (essais réalisés à l'AEF, sous chargements d'amplitude variable inspirés d'enregistrements en service). La suite du document présente une nouvelle méthode de calcul de durée de vie sous chargements multiaxiaux d'amplitude variable. En conservant une base énergétique et la notion de seuil de "non endommagement" définies au cours des précédents travaux menés au LAMEFIP, cette proposition prend en compte l'effet, sur la durée de vie, de la répartition spatiale des contraintes dans la pièce. Basée sur une définition incrémentale du travail de déformation fourni au matériau, cette proposition s'affranchit de toute méthode de comptage de cycle et est apte à prévoir la durée de vie d'une structure soumise à une sollicitation quelconque d'amplitude variable. Les prévisions de cette méthode sont confrontées à des résultats de différents essais de la littérature, notamment obtenus sur des éprouvettes entaillées, et aux résultats expérimentaux de l'étude. Enfin la méthode proposée est appliquée à un cas industriel : la prévision de la tenue en fatigue de la toile d'une roue de train à grande vitesse sous chargements d'amplitude constante ou par blocs. Les prévisions de la méthode, appliquée en post-processeur des résultats de calculs éléments finis sur la roue, sont en bon accord avec les résultats d'essais.

Cette étude est dédiée à établir un outil de prédiction de durée de vie pour un métal polycristallin soumis à des chargements multiaxiaux complexes en fatigue à grand nombre de cycles. Afin d'appréhender les mécanismes de plasticité et d'endommagement à modéliser, une campagne d'expériences menées sur un acier type C35 est effectuée dans la première partie de l'étude. Les options de modélisation sont choisies en lien avec cette caractérisation précise des mécanismes. La modélisation s'intéresse à la prévision à la fois du domaine de l'endurance infinie et celui de la durée de vie limitée (105 – 107 cycles). Pour répondre au premier objectif, un critère de fatigue multiaxiale basé sur des invariants des contraintes est proposé. Malgré une formulation simple, les confrontations du critère avec une large base de données sont satisfaisantes. En ce qui concerne le deuxième objectif, afin de dépasser une description purement phénoménologique, un modèle d'endommagement à deux échelles (macro – méso) intègre le critère proposé et est construit dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles permettant de traduire le plus fidèlement possible les mécanismes de dégradation à l'échelle mésoscopique ainsi que capter l'effet de déphasage et le cumul non linéaire du dommage. Au-delà des chargements à amplitude constante, le caractère incrémental du modèle ouvre la perspective du traitement des chargements à amplitude variable.

L'eau tensile est de l'eau liquide métastable qui persiste dans le champ de stabilité de la vapeur à pression négative, sa durée de vie est finie. Des états de traction de l'eau jusqu'à -1400 bar ont été mesurés de façon spécifique dans des micro-inclusions intracristallines. La nucléation de vapeur (Tn) marque le retour à l'équilibre. Les effets destructeurs liés à la rupture d'états transitoires d'eau tensile sont observés dans le milieu naturel : explosions phréato-magmatiques, geysers. Modéliser la cinétique de l'eau métastable est fondamental pour gérer les risques qui lui sont associés. Des inclusions fluides synthétiques (IF) de composition et de densité connues, piégées dans du quartz, ont été placées dans le champ métastable par refroidissement isochore et leurs gammes de métastabilité ont été mesurées. On montre que la traction maximale de l'eau dans chaque IF dépend de son volume et de sa forme, de la méthode de synthèse de l'IF, de la chimie des solutions occluses. Des expériences de durée de vie ont été ensuite réalisées sur des IF placées de 0,5° à 10°C au-dessus de leurs Tn. Les 8 IF choisies rende nt compte de la diversité des formes, des volumes, des densités et gammes de traction observées. Les résultats montrent que la durée de vie de l'eau tensile en IF est d'autant plus courte que la traction de l'eau est plus forte. Une loi empirique est proposée qui permet de calculer la durée de vie de la métastabilité pour chaque IF de Tn et volume fixés. Par ailleurs, nos données peuvent être rendues compatibles avec la Théorie Classique de la Nucléation. Nos résultats montrent que l'eau dans les réservoirs poreux naturels peut rester métastable pendant des durées géologiques et ainsi, contrôler les interactions fluides-roches dans la croûte.