Les matériaux composites se caractérisent par une forte dispersion de leur durée de vie qui peut s'étendre de quelques minutes à plusieurs semaines lors d'un test de fluage. Lors d'un essai en fluage de ces matériaux nous distinguons trois phases de temps caractérisées chacune par une activité acoustique propre. Dans la première phase, le taux d'apparition des signaux d'EA est important, puis le taux diminue et atteint une valeur constante relativement faible durant la seconde phase, ensuite ce taux d'apparition s'accélère annonçant la troisième phase qui se termine par la rupture. Les caractéristiques des signaux d'émission acoustique (EA) émis dans la phase précédant la rupture sont différentes de celles des autres phases. Le premier volet de cette étude consiste à utiliser des méthodes d'apprentissage relevant de l'intelligence artificielle (réseaux de neurones, machines à vecteurs de support et classifieurs bayésiens) afin de prédire si les signaux recueillis à partir d'un matériau sous test se trouve dans la phase de pré-rupture ou non. Ce sont des méthodes qui, appliquées à l'émission acoustique, permettent d'identifier parmi un grand nombre de signaux, caractérisés par des paramètres principaux, des classes de signaux ayant des paramètres voisins et donc provenant probablement de la même phase. Ces méthodes se sont avérées très performantes en classification, nous atteignons avec les SVM une sensibilité de 82 % et une spécificité de 84% pour les résultats en validation croisée, et une sensibilité de 90 % et une spécificité de 94 % pour les résultats en test, avec un temps de calcul acceptable.Le deuxième volet de l'étude effectué dans le cadre de cette thèse concerne l'estimation de la durée de vie restante des les matériaux composites. La normalisation des courbes cumulées des signaux d'émission acoustique en fonction du temps prouve que les réponses en fluage des éprouvettes mises en test sont parfaitement ressemblantes. Un modèle a été établi pour caractériser le comportement de ce matériau lors de ce test. Deux approches sont utilisées pour déterminer le temps de rupture. Par rapport à la littérature, la première approche proposée améliore la détection des temps de transition des différentes phases. Cette approche fournit également une meilleure corrélation avec le temps de rupture. La deuxième approche est fondée sur la corrélation du temps de rupture avec le temps de référence correspondant à la diminution de la vitesse d'un certain pourcentage. Les résultats de cette dernière approche sont très intéressants : l'estimation du temps de rupture pour une éprouvette ayant une durée de vie de 1 heure peut être possible dès les 15 premières secondes, avec une erreur de l'ordre de 4 %.

En France, environ 35% des liaisons électriques sont enterrées. Ces liaisons sont constituées, entre autre, par des câbles souterrains où le système d'isolation est un polymère. Ces câbles sont chers à enterrer et à remplacer en cas de défaut de la liaison. Par conséquent, la prédiction précise de la durée de vie des câbles est un enjeu économique et stratégique important. Or, la gaine externe est la première barrière de protection du câble contre la pénétration d'eau. Elle est aussi considérée comme le composant le plus vulnérable au vieillissement. Pour cette raison, le vieillissement thermique de deux types de gaine de câbles électriques synthétiques du réseau électrique souterrain a été étudié entre 80 et 160°C dans l'air. Dans le cas de la gaine en PE, on observe une oxydation brutale du polymère dès la disparition de la totalité des antioxydants par évaporation et consommation chimique. En revanche, dans le cas de la gaine en PVC, on observe une disparition progressive du plastifiant par évaporation, entrainant la vitrification du polymère et sa fragilisation lorsque la fraction massique en plastifiant atteint une valeur critique de l'ordre de 8 %. Oxydation et fissuration conduisent à une perte d'étanchéité à l'eau de la gaine. Dès lors, on soupçonne que l'eau va entrainer une corrosion et une rupture locale de l'écran métallique et, par la suite, la formation d'arborescences humides dans l'isolant électrique provoquant le claquage du câble. Un modèle cinétique de vieillissement thermique des gaines a été dérivé de l'ensemble de ces mécanismes physiques et chimiques. Ce modèle permet de prédire la durée de vie des gaines (par perte d'étanchéité) tant que la diffusion des additifs moléculaires (antioxydants et plastifiants) est négligeable.

La durée de vie des porteurs minoritaires est l'un des principaux paramètres mesurés dans les semi-conducteurs et la décroissance de photoconductivité (PCD) l'une des méthodes les plus largement utilisées pour ce type de mesure. Aujourd'hui, grâce aux divers équipements automatisés, la mesure de durée de vie est devenue une caractérisation de routine qui permet de juger de la qualité d'un matériau dans tous les secteurs utilisant les semi-conducteurs. Cependant, l'utilisation de micro- et nano-matériaux dans l'industrie du photovoltaïque et de la microélectronique requière l'adaptation des techniques existantes (PCD, photoluminescence etc.). En effet, avec la réduction des dimensions (couches ultraminces telles que les couches épitaxiées, couches SOI « silicon on insulator », et nanostructures), l'influence de la surface (états d'interfaces, pièges, etc.) devient prépondérante. La présence des substrats utilisés pour les croissances ou report de couche de ces différentes structures perturbe également les mesures. Ceci rend difficile l'adaptation des méthodes de mesure de durée de vie classiques comme, par exemple, le déclin de photoconductivité. Au cours de cette thèse nous nous sommes attachés à adapter des techniques de caractérisation de durée de vie à des matériaux de faibles dimensions. Nous avons tout d'abord caractérisé des échantillons massifs et des couches épitaxiées d'une épaisseur de l'ordre de la dizaine de micromètres. Nous avons proposé une technique qui consiste à déterminer simultanément la durée de vie en volume et la vitesse de recombinaison en surface des porteurs minoritaires dans d'une couche épitaxiée, à partir de la mesure de l'intensité de photoluminescence. La méthode développée consiste à calculer le rapport de l'intensité de photoluminescence (RPL) mesurée à différentes longueurs d'onde et pour différentes puissances d'excitation. Ces rapports RPL expérimentaux sont ensuite comparés aux rapports RPL simulés, ce qui permet d'évaluer la vitesse de recombinaison en surface et le temps de vie en volume. Nous avons ensuite étudié des couches semi-conductrices ultraminces de l'ordre de la centaine de nanomètres dans des structures de type SOI (silicon on insulator). Après un rappel des méthodes de fabrication et de quelques-unes des utilisations, nous avons analysé les méthodes électriques existantes permettant de déterminer la qualité des substrats SOI. Cela nous a amené à proposer une nouvelle méthode de caractérisation apportant des solutions aux limitations de ces techniques. Cette méthode se base sur une mesure courant-tension sous obscurité et sous éclairement en configuration PSEUDO-MOSFET où le substrat de la structure SOI sert de grille du transistor et deux pointes déposées sur le film de silicium servent de source et drain. Nous avons appliqué cette nouvelle méthode de caractérisation de la durée de vie des porteurs de charge à un substrat SOI et avec l'aide de la simulation numérique, nous avons pu expliquer les phénomènes de recombinaison aux interfaces et extraire les paramètres associés. Enfin, la dernière partie de ce travail de thèse concerne l'étude des nanofils pour des applications photovoltaïques. Dans les nanofils, le rapport surface sur volume augmente considérablement ce qui entraîne une diminution de la durée de vie effective due à l'augmentation de l'influence des surfaces. Le fonctionnement des cellules solaires à base de nanofils que nous avons étudiées est très dépendant de la qualité des interfaces. Nous avons analysé ces cellules grâce à la méthode RRT (« Reverse Recovery Transient ») basée sur la proportionnalité qui existe entre la quantité de charges stockées dans les régions neutres des jonctions pn polarisées et la durée de vie des porteurs minoritaires. Ce type de structure étant assez complexe, nous avons utilisé des simulations numériques pour analyser les phénomènes de recombinaison au sein de la cellule solaire et extraire les densités de défauts aux interfaces. / The minority carrier lifetime is one of the main parameters used to analyse the semiconductors quality and photoconductivity decay (PCD) is one of the most widely used lifetime characterization method. Thanks to the variety of automated equipment that has developed, lifetime measurement has become a routine technique to assess the quality of semiconductors. However, the micro and nano materials used in the photovoltaic and microelectronics industry require an adaptation of the existing methods (PCD, photoluminescence etc.). Indeed, with reduced dimensions (epitaxial layers, SOI “Silicon on Insulator”, nanostructures and nanowires), the influence of the surface (interface states density, traps, etc.) becomes predominant. The presence of the substrates used for the material growth or for the layer transfer can also influence the measures. Consequently traditional methods of lifetime measurement are difficult to apply to low dimensional materials. This thesis is focused on the measurement of minority carrier lifetime in micro and nano materials (bulk, epitaxial layer, silicon on insulator and nanowires) with a special emphasis on the adaptation of the characterization tools to the material thickness. We have studied first bulk samples and epitaxial layers (with thicknesses around 50µm) by photoluminescence. We have developed a method to determine simultaneously the bulk lifetime and the surface recombination velocity using room temperature photoluminescence measurement. The procedure consists in measuring the photoluminescence intensity ratio at different incident laser wavelengths and power. These photoluminescence ratios are then compared with analytical simulations, which allow us to evaluate the surface recombination velocity and the bulk lifetime. We have then investigated SOI (Silicon on insulator) structures with ultrathin semiconductor layers of the order of 100 nanometers. After a brief description of the manufacturing methods and of some of their uses, we have analyzed the existing electrical methods used to evaluate the quality of SOI substrates. This led us to propose a new characterization method to overcome the limitations of these techniques. This method is based on a current-voltage measurement in the dark and under illumination called PSEUDO-MOSFET (the substrate of the SOI structure serves as the transistor gate and the two contact points deposited on the silicon film are used as the source and drain). We applied this new method to characterize the lifetime of a SOI substrate and with the help of numerical simulation, we were able to explain the recombination mechanism associated with interfaces and extract the parameters. Finally, the last chapter concerns the study of nanowires for photovoltaic applications. In the nanowires, the surface to volume ratio greatly increases leading to a decrease of the effective lifetime due to the increased influence of the surfaces. In this chapter, we have studied the minority carrier lifetime in core-shell nanowire-based solar cells under dark conditions with a purely electrical approach called reverse recovery transient (RRT). This method is based on storage time measurement which depends essentially on the amount of stored charges in the biased junction and can be used to calculate the minority carrier lifetime. Numerical simulations have also been done to explain the measurements and to validate the theory and the hypotheses used for parameter extraction.

Afin de répondre à une demande de soins et traitements toujours mieux adaptés et plus performants, des dispositifs médicaux implantables (DMI) ont vu le jour. Il s’agit actuellement de dispositifs isolés et autonomes à l’intérieur de l’organisme hôte, dont la fonction ne nécessite pas d’interaction avec celui-ci, ou uniquement dans un sens (par la libération de molécules par exemple). Une nouvelle génération de DMI dont le fonctionnement s’appuie sur des échanges continus avec l’organisme vivant est toutefois en cours de développement, et un des points clefs de leur élaboration est l’enrobage. En effet, l’interface entre le DMI et le corps joue un rôle primordial puisqu’elle doit assurer une symbiose parfaite entre ces derniers. Les mécanismes inflammatoires et immunitaires étant si complexes et puissants, il est nécessaire de protéger ces dispositifs tout en leur permettant de communiquer avec l’organisme hôte. En outre, cette barrière protège aussi le corps d’éventuels éléments agressifs libérés par l’implant. Ainsi, le travail de recherche décrit dans ce manuscrit concerne la fabrication et la caractérisation d’un matériau qui peut être utilisé pour enrober des dispositifs symbiotiques implantables.Dans ce contexte, les hydrogels d’alcool polyvinylique (Polyvinyl alcohol) : PVA) polymérisés physiquement par un procédé de congélation/décongélation se sont révélés particulièrement intéressants. En effet, leur structure semi-cristalline permet de modifier leur porosité et leurs propriétés mécaniques en faisant varier les paramètres de fabrication. Nous avons donc caractérisé physico-chimiquement les hydrogels de PVA (propriétés mécaniques, porosité, diffusivité), avant d’étudier leur biocompatibilité in vitro et in vivo. Pour finir, nous nous sommes concentrés sur un DMI particulier qu’est la biopile à glucose implantable, en analysant les performances du PVA en tant qu’enrobage d’électrodes.Ainsi, nous avons déterminé un procédé de fabrication permettant d’obtenir une membrane enrobante solide et facile à manipuler, poreuse afin de laisser diffuser le glucose et l’oxygène de manière optimale jusqu’à l’électrode, et protectrice vis-à-vis des protéines de l’organisme de plus grandes tailles. / The development of implantable medical devices (IMD) provides for more efficient treatment in specific healthcare applications. Such devices are isolated and autonomous within the host organism. Their function does not usually require any input from the host, with the main function of the IMD being typically to stimulate tissues (e.g. muscles, nerves) or to release molecules (e.g. osmotic pump). New generations of IMD that rely on the on continuous duplex interactions with the living organism are being developed. The key aspect of such IMD is the interface with the internal environment of the body. This interface plays a crucial role because it must ensure a perfect symbiosis between the IMD and the host. For example, the interface must both protect the IMD from the complex and powerful inflammatory and immune mechanisms in addition to providing an efficient communication pathway with the host organism. Furthermore, this interface also protects the body from the potentially aggressive elements that can be released by the IMD. The research described in this manuscript is focused to the manufacture and characterisation of a material that can be used to coat IMD so as to optimise both the biocompatibility and efficient functions of the IMD.In this context, the research described here has focused on hydrogels of polyvinyl alcohol (PVA) physically polymerized by a freeze/thaw method. Indeed, the semi-crystalline structure of PVA allows modification of the porosity and mechanical properties by varying the parameters of the production process. We therefore performed physico-chemical characterisations of PVA hydrogels (mechanical properties, porosity and diffusivity) before studying in vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility. We tuned the PVA membranes to a specific IMD that relied upon duplex communication for its function (i.e. the implantable glucose biofuel cell) and analyzed the performance of PVA to provide an optimised coating. The results report an optimised manufacturing process for PVA that provides for the IMD (i) a solid and easily handled membrane, (ii) a porous membrane optimised for the diffusion of glucose and oxygen to the IMD bioelectrodes, and (iii) a protective membrane against proteins of larger dimension.

Cette étude porte sur la construction d’un modèle de prévision de la durée de vie à écaillage des barrièresthermiques protégeant les aubes de turbines aéronautiques, par le développement et l’exploitation d’essaisd’adhérence. La chaîne de modélisation de la durée de vie proposée comporte trois étapes. Tout d’abord, leschamps mécaniques dans les différentes couches du système sont évalués par un modèle semi-analytique decomportement de la structure multicouche, qui a été modifié pour favoriser son adaptabilité industrielle. Àpartir de l’histoire thermo-mécanique du substrat comme donnée d’entrée, qui peut être extraite d’un calculd’aube par EF, ce modèle prévoit la déformation de l’interface entre la pièce métallique et sa protectioncéramique lorsqu’un champ de contraintes lié à l’oxydation du métal lui est appliqué. Des mesures de rumpling,provoqué par le vieillissement du système à différentes températures, ont permis d’identifier et de valider lemodèle.Dans un deuxième temps, l’énergie d’adhérence est estimée au travers d’un modèle d’endommagements’appuyant sur la réponse mécanique du modèle de comportement précédent. L’endommagement, écrit àl’échelle de l’interface et découplé du comportement mécanique, a été identifié sur l’énergie d’adhérencequantifiée expérimentalement. Afin de caractériser au mieux l’énergie d’adhérence de la barrière thermiquesur son substrat, plusieurs essais ont été mis en oeuvre, permettant de solliciter l’interface dans une largegamme de mixité modale. Pour ce faire, des essais spécifiques ont été développés pour se rapprocher d’unepropagation de la fissure interfaciale en mode de cisaillement. Finalement, un critère énergétique permet dedéterminer la durée de vie du système, par comparaison de l’énergie d’adhérence et de l’énergie disponibledans le système pour la propagation d’une fissure interfaciale. Cette chaîne de prévision de la durée de vie estapplicable en post-traitement d’un calcul d’aube. Il a été montré que les tendances expérimentales sontcorrectement reproduites par la chaîne de durée de vie mise en place. / The aim of this study is to build a lifetime assessment model for thermal barrier coatings protecting aircraftturbine blades, by setting up and using adhesion tests. The model involves three steps: first, the mechanicalfields inside the layers are computed by a semi-analytical model of the multi-layered system behaviour, whichwas improved to fit the industrial demands. Given the thermo-mechanical history of the substrate (which canbe derived from FE computations), the model computes the interface strains between the metallic substrateand the ceramic protection under a stress field induced by oxidation. The model has been identified andvalidated with respect to rumpling measurements for different ageing temperatures of the system.During a second step, the interface toughness is estimated through a damage model depending on themechanical response of the multi-layered system. The damage parameters have been identified on toughnessmeasurements, and are not coupled to the multi-layer behaviour. In order to characterize the TBC toughness,several shear mode interface crack propagation tests have been developed and carried out.Finally, an energetic approach allows computing the system lifetime by comparing the decreasing interfacetoughness to the elastic stored energy. This lifetime assessment model can be applied as a post-processing of afinite element computation on a turbine blade and it has been shown that the experimental trends areconsistent with the lifetime given by the model.

Pour répondre à une demande, toujours croissante, des services multimédias avancés et pour supporter la connectivité électronique partout sur la planète, le développement de systèmes multimédias à large bande ubiquitaires gagne un grand intérêt aux niveaux académique et industriel. Les réseaux satellitaires en général et les constellations de satellites Low Earth Orbit (LEO) plus particulièrement jouent un rôle essentiel dans le déploiement de ces systèmes. Les constellations de satellites LEO telles que "Iridium" ou "Iridium-NEXT" sont extrêmement coûteuses à déployer et à maintenir. Par conséquent, le prolongement de la durée de leur vie est d'une importance cruciale. Dans la partie principale de cette thèse, nous proposons différentes techniques pour prolonger la durée de vie des services satellitaire dans les constellations de satellites LEO. Dans de telles constellations, les satellites peuvent passer plus de 30% de leur temps sous l'ombre de la Terre, temps pendant lequel ils sont alimentés par des batteries. Bien que les batteries soient rechargées par l'énergie solaire, la profondeur de décharge qu'elles atteignent pendant l'éclipse affecte considérablement leur durée de vie et, par extension, la durée de vie des satellites eux-mêmes. Pour des batteries du même type que celles qui alimentent les satellites "Iridium" et "Iridium-NEXT", une augmentation de 15% de la profondeur de décharge peut pratiquement réduire leur durée de vie de moitié. En raison de la nature très uniforme et symétrique des constellations de satellites LEO, il peut y avoir de nombreux chemins alternatifs entre deux noeuds d'un réseau de satellites. La décision relative à l'envoi de données sur un de ces chemins a un effet important sur la durée de vie du réseau. Dans ce contexte, nous nous concentrons tout d'abord sur le routage et nous proposons deux nouvelles métriques de routage, "LASER" et "SLIM", qui tentent de trouver un équilibre entre la performance et la profondeur de décharge de la batterie dans les constellations de satellites LEO. Notre approche de base est de tirer parti du mouvement déterministe des satellites pour favoriser le routage du trafic sur les satellites exposés au soleil plutôt que sur les satellites éclipsés, diminuant ainsi la moyenne de la profondeur de décharge de la batterie, le tout sans pénaliser les performances. Avec l'utilisation d'une topologie LEO réelle et des requêtes de trafic, nous montrons que LASER et SLIM peuvent augmenter la durée de vie de la batterie de près de 75 % et 100 %, respectivement. Ensuite, nous nous occupons de la consolidation des ressources, un nouveau paradigme pour la réduction de la consommation d'énergie. Il consiste à avoir un sous-ensemble, soigneusement sélectionné, de liens réseau à mettre en veille, et à utiliser le reste des liens pour transporter la quantité requise du trafic. Cela est possible sans causer des perturbations majeures aux activités du réseau, étant donné que les réseaux de communication sont conçus pour des périodes de pic de trafic, avec de la redondance, et des ressources surestimées. Comme solutions à ces problèmes, nous proposons deux méthodes différentes pour effectuer la consolidation des ressources dans les réseaux LEO. Premièrement, nous proposons une métrique sensible au trafic pour quantifier la qualité d'une topologie frugal, nommée "MLU". Le problème étant NP-difficile soumis à un seuil "MLU" donné, nous présentons deux heuristiques, "BASIC" et "SNAP", qui représentent différents compromis en termes de performances et de simplicité. Deuxièmement, nous proposons une nouvelle métrique légère n'utilisant pas de trafic pour quantifier la qualité d'une topologie frugal, nommée "ADI". Après avoir montré que le problème de minimisation de la consommation d'énergie d'un réseau LEO soumis à un seuil donné d'ADI est NP-difficile, nous proposons une heuristique nommé "AvOId" à résoudre. / To meet an ever-growing demand for advanced multimedia services and to support electronic connectivity anywhere on the planet, development of ubiquitous broadband multimedia systems is gaining a huge interest at both academic and industry levels. Satellite networks in general and LEO satellite constellations in particular will play an essential role in the deployment of such systems. Therefore, as LEO satellite constellations like Iridium or IridiumNEXT are extremely expensive to deploy and maintain, extending their service lifetimes is of crucial importance. In the main part of this thesis, we propose different techniques for extending satellite service life in LEO satellite constellations. Satellites in such constellations can spend over 30% of their time under the earth’s umbra, time during which they are powered by batteries. While the batteries are recharged by solar energy, the Depth of Discharge (DoD) they reach during eclipse significantly affects their lifetime – and by extension, the service life of the satellites themselves. For batteries of the type that power Iridium and Iridium-NEXT satellites, a 15% increase to the DoD can practically cut their service lives in half. We first focus on routing and propose two new routing metrics – LASER and SLIM – that try to strike a balance between performance and battery DoD in LEO satellite constellations. Our basic approach is to leverage the deterministic movement of satellites for favoring routing traffic over satellites exposed to the sun as opposed to the eclipsed satellites, thereby decreasing the average battery DoD– all without taking a significant penalty in performance. Then, we deal with resource consolidation – a new paradigm for the reduction of the power consumption. It consists in having a carefully selected subset of network links entering a sleep state, and use the rest to transport the required amount of traffic. This possible without causing major disruptions to network activities. Since communication networks are designed over the peak traffic periods, and with redundancy and over-provisioned in mind. As a remedy to these issues, we propose two different methods to perform resource consolidation in LEO networks. First, we propose trafficaware metric for quantifiying the quality of a frugal topology, the Maximum Link Utilization (MLU). With the problem being NP-hard subject to a given MLU threshold, we introduce two heuristics, BASIC and SNAP, which represent different tradeoffs in terms of performance and simplicity. Second, we propose a new lightweight traffic-agnostic metric for quantifiying the quality of a frugal topology, the Adequacy Index (ADI). After showing that the problem of minimizing the power consumption of a LEO network subject to a given ADI threshold is NP-hard, we propose a heuristc named AvOId to solve it. We evaluate both forms of resource consolidation using realistic LEO topologies and traffic requests. The results show that the simple schemes we develop are almost double the satellite batteries lifetime. Following the green networking in LEO systems, the second part of this thesis focuses on extending the resource consolidation schemes to current wired networks. Indeed, the energy consumption of wired networks has been traditionally overlooked. Several studies exhibit that the traffic load of the routers only has a small influence on their energy consumption. Hence, the power consumption in networks is strongly related to the number of active network elements. In this context, we extend the traffic-agnostic metric, ADI, to the wired networks. We model the problem subject to ADI threshold as NP-hard. Then, we propose two polynomial time heuristics – ABStAIn and CuTBAck. Although ABStAIn and CuTBAck are traffic unaware, we assess their behavior under real traffic loads from 3 networks, demonstrating that their performance are comparable to the more complex traffic-aware solutions proposed in the literature.

Les circuits intégrés sont partie prenante de tous les secteurs industriels et de la vie couranteactuels. Leurs dimensions sont sans cesse réduites afin d’accroître leurs performances. Cetteminiaturisation s’accompagne notamment d’une densification et d’une complexification du réseaud’interconnexions. Les interconnexions, lignes métalliques chargées de transporter le signalélectrique dans les circuits apparaissent ainsi plus sensibles à la dégradation par électromigration.Ceci, compte tenu des fortes densités de courant qu’elles transportent. Il se trouve donc dans lesnoeuds technologiques avancés, de plus en plus difficile de garantir le niveau de fiabilité requis pourles interconnexions.La réduction de la durée de vie des interconnexions est liée à la fois à la difficulté croissanteà réaliser les étapes de procédés pour les géométries souhaitées et à l’augmentation de la dispersiondes temps à la défaillance. Dans un premier temps, nous avons poussé la compréhension desmécanismes en jeu lors de la dégradation par électromigration. Nous avons ainsi mis en évidence lerôle joué par la microstructure et la composition chimique des lignes de cuivre dans l’augmentationde leur durée de vie. Dans un second volet, l’accent a été porté sur l’amélioration de l’analysestatistique des durées de vie avec un focus sur les défaillances précoces et les distributionsbimodales qu’elles engendrent. De même, la structure multi liens que nous avons mise au pointpermet de répondre à la question fondamentale de l’augmentation de l’échantillonnage de test ;améliorant ainsi la précision aux faibles taux de défaillance pour des projections robustes des duréesde vie. / Integrated circuits are part of our nowadays life as they are presents everywhere; as well as in daily life or industry. They are continuously downscaled to increase their performances. As a result, this downscaling lead to complex interconnects grid architectures. Interconnects which are metal lines carrying electric signal in the circuit are thus more and more sensitive to electromigration failure. This I because of increasingly higher current densities they carry. Obviously, in advanced technology nodes, it is more and more difficult to ensure the reliability level required for interconnects. Interconnects lifetime reduction is linked to increasing difficulty to perform all process steps with these very small features and also to increasing failure times dispersion. In the first part of the work presented here, we deepened the understanding of mechanisms involved during electromigration degradation. We have thus shown the fundamental role played by the microstructure and the chemical composition of the line in increasing its lifetime. The second part of the work dealt with the improvement of statistical analysis of failure times. We thus focused on early failures and the bimodal failure times distributions they generate. As far as that goes, the multilink structure we have designed answers the fundamental question of increase test sampling. This lead then to improved precision at very low failure rates for robust lifetime's extrapolation to use conditions.

Le temps de vie du neutron libre joue un rôle important dans la physique des particules comme dans des modèles cosmologiques. Notre connaissance de la valeur précise du temps de vie du neutron est limitée par les incertitudes systématiques des deux méthodes expérimentales couramment utilisées, les méthodes dites de "faisceau" et de "bouteille matérielle". En outre une déviation systématique des valeurs de temps de vie obtenues par les deux méthodes s'est manifestée au cours des dernières décennies.Le projet HOPE fait parti d'une nouvelle génération d'expériences qui cherchent à mesurer le temps de vie du neutron en stockant des neutrons ultra-froids (UCN) dans un potentiel magnéto-gravitationnel. HOPE génère les champs magnétiques nécessaires par une combinaison d'aimants permanents puissants de terre rare, qui produisent des champs magnétiques maximaux d'environ 1.3 T, et un système de bobines supraconductrices. Dans cette thèse je donnerai une description détaillée de l'appareil, des effets systématiques possibles et comment nous envisageons d'étudier et de maîtriser ces effets. Ensuite les résultats d'un premier temps de faisceau, effectué à la source PF2, vont être présentés et discutés. Les résultats sont encourageants puisque nous avons atteint des constants de temps de stockages maximaux de 881(46) s, ce qui indique des pertes d'UCN très faibles pendant la phase du stockage. / The lifetime of the free neutron plays an important role in fundamental particle physics as well as cosmological models. Our knowledge of the precise value of the neutron lifetime is limited by the systematical inaccuracies of the two commonly used experimental approaches, the so called “beam” and “material bottle” methods. Moreover a systematic deviation of the lifetime-values extracted from both methods has become manifest over the past decades.The HOPE project is part of a new generation of experiments that aims to determine the neutron lifetime by storing ultra cold neutrons (UCN) in a combined magneto-gravitational potential. HOPE generates the necessary gradient magnet fields by a combination of highly potent rare-earth permanent magnets with a maximum B-field strength of about 1.3 T and a set of superconducting coils. In this thesis I give a detailed description of the apparatus, possible systematical effects and how we are planning to investigate and cope with those effects. Subsequently the results from a first beamtime at the PF2 source will be presented and discussed. The results are encouraging as we reached a maximum storage-time constants of 881(46) s, indicating a very small UCN loss rate during storage.

Les rendements de conversion des cellules solaires atteignent en moyenne aujourd’hui 15%. Malgré ces rendements acceptables, il reste un verrou technologique important à lever : l’amélioration de la durée de vie des modules photovoltaïques. On observe en effet au cours de l’utilisation de ces composants dans des conditions climatiques intermittentes : pluie, neige, moisissures, poussières rayons UV, chocs, corrosion etc.... une perte rapide des propriétés optoélectroniques en fonction des conditions d’utilisation. L’objectif de cette thèse est d’essayer d’améliorer la durée de vie des panneaux solaires et d’améliorer la fiabilité des modules en diminuant le taux de dégradation.Notre approche commence par prendre en compte les effets de vieillissement et des défauts des modules photovoltaïques dont la dégradation est liée à la température, humidité, à la lumière Ultra violette, les fissures etc…. Les défauts de fonctionnement sont analysés et étudiés pour comprendre l’effet et l’importance de chaque paramètre dans les différents modes de dégradation afin de développer des modèles de simulation qui tiennent compte des conditions environnementales.Des algorithmes de commande ont été développés pour une utilisation qui évite au mieux les défauts et permet aux modules photovoltaïques de fonctionner dans des conditions optimales pour l’atténuation des dégradations. / Conversion efficiency of solar cells is now on average reaching 15%. Despite these acceptable yields, it remains important to raise a technological limitation: the improvement of the life span of photovoltaic modules. Effects are observed during the use of these components in intermittent weather: rain, snow, molds, dust UV rays, shock, corrosion etc... rapid losses of optoelectronic properties depending on the usage conditions. The objective of this thesis is in twofold: -to try to improve the lifespan of solar panels, and -to improve the reliability of the photovoltaic modules by decreasing their degradation rate. Our approach begins by taking into account the effects of aging of photovoltaic modules whose degradation is related to temperature, moisture, Ultra violet light, cracks etc... Faults are analyzed and studied to understand the impact and the importance of each parameter in the different modes of degradation to develop simulation models that take into account external environmental conditions. Control algorithms have been developed for a best utilization avoiding defects and allowing photovoltaic modules to operate in optimal conditions for mitigation of degradation processes.

Cette étude a pour objectif de modéliser la durée de vie d'un revêtement NiAlPt déposé sur un substrat monocristallin base Ni (AM1). De façon standard, la durée de vie des revêtements est évaluée en mesurant l'évolution de la masse d'un échantillon revêtu au cours d'un essai de cyclage thermique. Des modèles de durée de vie fondés sur ces mesures sont très bien adaptés aux revêtements pour lesquels la couche d'oxyde est peu adhérente, ce qui n'est pas le cas pour le revêtement NiAlPt objet de cette étude. D'autre part, il est impossible d'obtenir des courbes de gain de masse pour des conditions de chargement thermo-mécaniques complexes, tels que ceux supportés par une aube aéronautique en service. C'est pourquoi nous avons choisi d'étudier l'évolution de la microstructure du revêtement au cours du vieillissement et d'établir des liens entre cette évolution microstructurale et la durée de vie évaluée sur des essais de cyclage thermiques.La base d'essai réalisée regroupe des essais d'oxydation cycliques à différentes températures et fréquences de cyclage ainsi que des essais de fatigue mécano-thermique, en phase, hors-phase et complexes. Pour chaque condition testée, des essais interrompus ont permis d'estimer les évolutions microstructurales en fonction des conditions de chargement thermo-mécanique jusqu'à des temps relativement longs. Nous avons en particulier estimé les évolutions de rugosité de surface, d'épaisseur de la couche d'interdiffusion entre le revêtement et le superalliage, et la fraction de phase γ' transformée. Ces deux paramètres sont corrélés respectivement au maximum de la courbe de gain de masse et au nombre de cycle nécessaire pour atteindre un gain de masse nul, pour le système étudié en oxydation cyclique.Nous avons modélisé l'évolution de l'épaisseur de la couche d'interdiffusion en fonction des conditions de chargement thermo-mécaniques. La transformation de phase a été modélisée à l'aide d'un bilan de flux de matière dans le revêtement fonction de l'intégrité de la couche d'oxyde de croissance et de la rugosité de surface. Ces deux modèles ont permis d'estimer l'évolution microstructurale du revêtement en fonction des différents paramètres de chargement thermo-mécanique, et donc d'estimer une durée de vie basée sur ces critères. / This study aims at modeling the life time of a NiAlPt coating used at high temperature and deposited on a single crystal nickel-based superalloy AM1. Usually, the life time of coatings is estimated through the evaluation of the mass of coated samples (Net Mass Gain curves), during thermal cycling tests. Existing models are very suitable to describe the evolution of coating in the case of poorly adherent oxide layer. Unfortunately, this is not the case of the studied NiAlPt coating. Moreover, it is impossible to obtain experimentally the Net Mass gain curve of a sample subjected to thermo-mechanical loading, experienced by engine components. Thus, the strategy adopted in this study is to correlate the microstructure of the coating with its life time, evaluated during thermal cycling.The experimental work included cyclic oxidation tests at different temperatures, cycling frequencies and in-phase, out-of-phase and complex thermo-mechanical loadings. For each of the tested condition, interrupted tests allowed the characterization of the microstructure evolution as a function of the loading parameters up to relatively long ageing time. Especially, the roughness of the coating surface has been investigated as well as the interdiffusion zone (IDZ) thickness evolution or the fraction of γ' phase transformed within the coating. These two last parameters where found to be correlated respectively to the time needed to reach the maximum of the Net Mass Gain curve and the time needed to reach the zero mass gain of the curve, under thermal cycling conditions.A model for the interdiffusion (IDZ) thickness evolution was proposed as a function of the loading parameters. The phase transformation in the coating was modeled using a mass balance condition for the aluminum in the coating, including roughness of the surface and oxide scale integrity considerations. This model based on original criteria allowed the estimation of the life time of a coated turbine blade under service conditions.