Avec l'expansion du marché des appareils électroniques portables, des capteurs embarqués et la diminution conjointe de leur consommation d'énergie, l'idée de convertir l'énergie vibratoire, disponible en grande quantité dans notre environnement quotidien, en énergie électrique suscite un intérêt croissant. Le but de ce travail de recherche est de proposer des éléments d'aide à la conception d'une microgénératrice de courant efficace par récupération d'énergie vibratoire. Le principal objectif visé est la minimisation des pertes d'énergie quelle que soit leur nature. En premier lieu, une étude de l'effet de l'air libre sur la dynamique de poutres encastrées-libres en quartz, en silicium et en niobate de lithium est réalisée par deux méthodes expérimentales en dynamique (excitation aléatoire et lâcher dynamique). Différents niveaux de pression de l'air qui entoure la structure vibrante sont appliqués entre le vide primaire et la pression atmosphérique. On réalise que l'énergie dissipée par l'effet de l'air est secondaire par rapport à celle dissipée par le phénomène de microglissement au sein de l'encastrement. L'effet amortissant de ce microglissement est confirmé par un modèle d'éléments finis utilisant une loi de Coulomb régularisée. Une étude similaire (caractérisation expérimentale entre le vide secondaire et la pression atmosphérique) est alors réalisée sur des structures collées par trois procédés différents : avec une couche de SU8 de 5 µm, de 1 µm et avec de l'or compressé. L'ensemble de ces expériences a permis de fixer l'architecture du microconvertisseur et de déterminer l'assemblage le plus favorable à cette application. Le transfert d'énergie vibratoire à partir d'excitation par chocs est ensuite étudié en détail, par voie analytique et expérimentale. Enfin, une modélisation complète de la microgénératrice est proposée, permettant l'estimation de la puissance générée sous l'effet d'une contrainte mécanique de forme, d'amplitude et de fréquence données.

Ce travail vise à améliorer la compréhension du développement des textures cristallographiques de déformation dans les alliages d'aluminium, et ainsi améliorer leur modélisation. La méthode originale adoptée consiste à suivre les rotations de grains individuels dans un polycristal en cours de déformation.<br /><br />L'approche expérimentale, nommée "suivi de microtextures", s'appuie sur l'utilisation d'un "échantillon tranché" déformé en compression plane à 400°C, appliquée en plusieurs passes, et de la technique EBSD pour l'analyse des orientations locales des grains sur la surface médiane de l'échantillon au cours de la déformation. 176 grains ont ainsi pu être suivis, jusqu'à une déformation de 1.2. <br /><br />Les données obtenues (classiquement 3000 orientations par grain) donnent accès aux rotations moyennes des grains, lesquelles contribuent directement à la formation de la texture. Elles sont décrites en termes d'angle et d'axe de rotation, mais aussi de chemins de rotation. Les désorientations intragranulaires sont caractérisées et rattachées aux mécanismes d'accomodation des déformations. De plus, un effet d'interaction intergranulaire est mis en évidence afin d'améliorer les modèles.<br /><br />Une large gamme de modèles sont étudiés, notamment le modèle de Taylor et un modèle de type Taylor (RSI). Nous montrons que le modèle de Taylor fournit un accord au premier ordre pour les rotations des grains individuels. Les désaccords peuvent être attribués en partie à l'interaction intergranulaire. Le modèle RSI permet de rendre compte de cette interaction, mais pas suffisamment. Ces données, nouvelles et originales, sont maintenant disponibles pour améliorer les modèles de plasticité cristalline.

On étudie la propagation d'une flamme dans une chambre prolongée par un tube. C'est une configuration classique rencontrée lorsqu'on veut limiter le niveau de pression généré par une explosion interne. Mais au changement de section une explosion secondaire peut se produire dans la canalisation, ce qui conduit à une surpression supplémentaire dans la chambre.<br />Les résultats expérimentaux obtenus pour un prémélange propane-air ont été confrontés à des simulations numériques. Pour des petits diamètres de tube, on observe l'apparition de l'effet de flamme tulipe dans la chambre, qui contribue à limiter le débit d'évacuation des gaz. Pour les grands tubes, l'explosion secondaire à l'entrée du tube conduit à l'intensification de la combustion retardée des poches de gaz frais situés dans les coins de la chambre, causant ainsi une remontée brutale de la pression.<br />Pour éviter la formation de l'explosion secondaire une solution consiste à placer un insert (réseau de fils métalliques) à l'entrée du tube afin d'obtenir une extinction totale ou partielle de la flamme. Les expériences montrent qu'une optimisation du dispositif est nécessaire pour obtenir l'atténuation maximale de la supression. Un modèle thermique d'absorption de la chaleur par l'insert a été conçu, s'appuyant sur une méthode nodale. Le critère de transmission de la flamme au delà de l'insert est basé sur la comparaison entre la température d'auto-inflammation du mélange avec une température moyenne des gaz calculée en sortie de l'insert. Les résultats numériques, en bon accord avec les résultats expérimentaux, confirment le rôle prépondérant des pertes thermiques provoquées par l'insert sur le coincement de la flamme.

Les travaux de thèse s'intéressent à l'impact de la structure des machines outils à architecture parallèle sur la qualité d'usinage. L'apport des architectures parallèles dans le domaine de la machine outil en Usinage Grande Vitesse provient surtout de leurs capacités dynamiques très élevées. Cependant, les masses mobiles faibles et les choix technologiques retenus pour réaliser les structures font que ces machines se déforment en usinage. L'impact de ces déformations élastiques sur la pièce usinée n'est pas négligeable et doit être maîtrisé. L'étude des comportements statique et dynamique de ces machines est donc réalisée à l'aide de modèles prédictifs de comportement. Ces modèles sont appliqués à différentes architectures parallèles et leurs paramètres identifiés à l'aide de mesures expérimentales. Les méthodes de modélisation et la formulation employées permettent de prendre en compte les flexibilités des jambes et des liaisons des machines étudiées. De plus, les modèles de liaisons s'appuient sur une analyse technologique de celles-ci et permettent de représenter au mieux leur comportement (souvent non-linéaire). Enfin, l'intégration des simulations proposées dans la définition d'un processus sur ce type de machine est étudiée. Le modèle dynamique développé est appliqué à la machine Triptéor X7 afin de simuler une opération de contournage. Les défauts calculés sont finalement comparés à ceux effectivement obtenus lors de la réalisation de l'opération sur cette machine outil.

Ce travail concerne l'étude de techniques non linéaires ayant pour effet d'augmenter considérablement l'effet de conversion électromécanique des matériaux piézoélectriques. Les potentialités de ces techniques sont étudiées dans le cas de l'amortissement vibratoire et de la récupération d'énergie.<br />On distingue généralement deux types de contrôle vibratoire à l'aide d'éléments piézoélectriques : les techniques passives, qui consistent à connecter un réseau électrique passif aux éléments piézoélectriques et les techniques actives qui utilisent un calculateur associé à une source d'énergie électrique. Les techniques non linéaires étudiées, appelées SSD pour « Synchronized Switch Damping », sont qualifiées de semi passives car elles ne nécessitent pas de source d'énergie externe mais effectuent cependant un traitement intelligent de la tension. Ces techniques sont beaucoup plus efficaces et adaptables que les techniques passives. Elles sont, en outre, beaucoup plus facile à implémenter que les techniques actives et présentent des performances comparables. Les travaux réalisés proposent une nouvelle approche pour appréhender les techniques SSD, ainsi que plusieurs développement de ces techniques, notamment en proposant une loi de contrôle permettant d'optimiser l'amortissement dans le cas de structures et de signaux complexes.<br />Les techniques d'amortissement vibratoire SSD ont été adaptées à la récupération d'énergie. Il s'agit de convertir l'énergie vibratoire en énergie électrique afin de constituer des micro-générateurs d'une puissance comprise entre quelques μW et quelques centaines de mW. Ces générateurs répondent à un besoin croissant lié à la prolifération des capteurs, micro-actionneurs et autres dispositifs électroniques embarqués. Les techniques développées permettent d'accroître drastiquement les performances de ce type de micro-générateurs, ce qui permet de diminuer la quantité de matériau piézoélectrique nécessaire et d'envisager des applications nouvelles nécessitant plus d'énergie. Suivant les structures et le type de sollicitation, le gain apporté par les techniques non linéaires sur la puissance utile des micro-générateurs est plus ou moins important, et peut atteindre un facteur 10 par rapport aux techniques de récupération d'énergie classiques.

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'amélioration des sources ultra-stables de fréquences dans le domaine des temps courts (typiquement inferieurs à une minute). Deux voies d'investigations ont été explorées : <br />- La première concerne l'évaluation des potentialités des matériaux de la famille de la langasite (LGS). Une classification des coefficients de qualité (Q) des matériaux LGS et langatate (LGT) en fonction de leurs provenances a été mise en évidence. Les premiers prototypes de résonateurs à ondes de volume ont été réalisés dans un cristal de LGT à fort Q. A cette occasion un procédé de fabrication spécifique a été mis au point. Une électronique d'oscillateur et un packaging thermique adaptés aux caractéristiques de ces résonateurs ont été développés. Enfin, ces premiers prototypes d'oscillateurs ont été caractérisés en terme de stabilité temporelle et de vieillissement.<br />- La seconde voie exploratoire concerne la mise en place d'un ensemble expérimental permettant la réfrigération d'oscillateurs à résonateurs à ondes de volume à des températures inférieures à celles de l'hélium liquide (4,2K). Pour cela, des résonateurs en quartz de coupe SC et LD, et en LGT de coupe Y, ont été caractérisés à basses températures. Une campagne de mesures systématiques a révélé des coefficients de qualité exceptionnels pour certains modes de vibration. Par ailleurs, différents modèles de transistors ont été testés et l'une des références testées a été modélisée simplement, à température cryogénique. Deux premiers prototypes d'oscillateurs à résonateur à quartz de coupe SC ont été développés puis testés à basses températures. Il en résulte les toutes premières caractérisations en terme de stabilité temporelle.

Ce travail de thèse porte sur la conception, la fabrication et la caractérisation de composants non linéaires à hétérostructures d'une part, et de guides de propagation coplanaires sur membrane d'autre part.<br />Pour les dispositifs actifs, le composant développé est une hétérostructure à simple barrière qui présente des non-linéarités en capacité extrêmement marquées utilisables dans les multiplicateurs de fréquences. Par rapport aux dispositifs Schottky varactors conventionnels, les hétérostructures permettent de tirer parti de propriétés de symétrie et d'optimiser et d'optimiser au mieux les caractéristiques des courants de déplacement et de conduction. En pratique, les composants sont fabriqués à partir de multiples hétérostructures épitaxiées par jets moléculaires sur substrat InP mettant en jeu des techniques d'intégration monolithiques. Plusieurs séries d'échantillons ont été fabriquées avec pour les dernières structures des résultats à l'état de l'art, notamment avec la possibilité de moduler la capacité dans un rapport 5 en tenue en tension de plus de 6 Volt favorable aux applications de puissance. dans cette optique, nous démontrons par ailleurs la possibilité d'intégrer verticalement plusieurs composants sur une même épitaxie.<br />Pour les structures passives, elles sont constituées de lignes coplanaires déposées sur membrane de polyimide ou de nitrure de silicium. Dans ces conditions le milieu de propagation peut se comparer à l'air avec une permittivité effective très proche de celle obtenue dans l'espace libre. De telles structures ont été fabriquées en utilisant des technologies de micro-usinage de l'Arséniure de Gallium. Les résultats des caractérisations hyperfréquences sont conformes aux prédictions théoriques, avec la propagation faible perte de l'énergie électromagnétique sans dispersion dans une très large bande de fréquence. Ces études sont ensuite étendues à la conception de structures de filtrage aux fréquences millimétriques, notamment à 250 GHz.

Durant la mise en forme des polymères, un phénomène de dégagement de chaleur résultant de la dissipation visqueuse au sein de l'écoulement, plus ou moins important selon les débits considérés, joue un rôle important sur le champ thermique du polymère et du dispositif expérimental. La difficulté de modéliser ce type d'écoulement avec le dispositif expérimental est due, entre autres, aux propriétés thermomécaniques complexes du matériau et aux conditions limites du domaine spatial d'intégration. En effet, ils varient spatialement et temporellement ; leur élaboration est souvent délicate. Ils traduisent les conditions d'expérience telles que la pression et la température d'entrée du polymère, par exemple dans une buse d'injection. Les travaux ont porté sur l'écoulement dans une filière à géométrie cylindrique instrumentée en température et en pression adaptable sur une presse à injecter. Deux campagnes de mesures ont été menées, sur une extrudeuse et sur une presse à injecter. Les conditions expérimentales sont dans les deux cas instationnaires (par nature dans l'injection, et créées par la variation du débit dans les cas de l'extrusion). La buse réalisée dans le cadre de ce projet a donné entière satisfaction, et les mesures ont permis de valider les modèles directs de simulation de l'écoulement dans la buse. On a pu quantifier précisément les effets de la dissipation visqueuse, ainsi que ceux de la variation de température d'entrée dans la buse. Les résultats expérimentaux confirment que les mesures dans les parois métalliques sont bien sensibles aux variations de température d'entrée. Un algorithme d'inversion de ces mesures a été développé et appliqué avec succès aux mesures réalisées sur l'extrudeuse.

Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes, c'est-à-dire d'un ensemble de systèmes capables de collecter des informations de leur environnement, de les traiter, de les transmettre et d'interagir entre eux, et ceci, sans intervention humaine. Comment rendre ces microsystèmes énergétiquement autonomes ? Utiliser des piles... Malheureusement, le défaut majeur des piles est leur durée de vie, puisqu'il faudra à un moment ou à un autre les recharger ou les remplacer. En fait, avec la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie et ceci permet de concevoir de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, gradients de température,...). Il est par exemple possible de récupérer l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de systèmes piézoélectriques, électromagnétiques ou encore électrostatiques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur l'étude de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement). De l'étude des électrets à la réalisation et à l'optimisation de structures de récupération d'énergie, nous exposons dans ce mémoire, les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse.

Le contexte global de ce travail de recherche concerne la structuration de l'innovation technologique en PME, pour la définition de procédés de fabrication. Cela passe par la mise en place d'un processus de conception basé sur la réutilisation des connaissances, ainsi que sur la recherche de concepts nouveaux. La méthodologie de conception et la base de connaissances proposées sont destinées à devenir un outil d'aide à la conception et à la mise en place de nouveaux procédés de montage ou d'assemblage. Toutefois, faciliter l'application du processus de conception, il a été nécessaire d'identifier des heuristiques permettant d'accompagner le concepteur. Par ailleurs, les méthodes actuelles de capitalisation de connaissances sont difficilement accessibles aux petites entreprises, du fait de leur manque de ressources et de la complexité des outils. Ainsi, nous avons développé une méthodologie et des outils d'utilisation simple et rapide, accessibles à un personnel non spécialiste de la conception, de la capitalisation ou de l'innovation. La structuration de la connaissance est proposée autour d'une logique fonctionnelle. La démarche de conception est également basée sur la décomposition fonctionnelle du système et intègre la simplification de l'architecture de système dès les premières phases du processus. A cette fin, des phases d'agrégation puis d'agencement sont proposées et sont guidées par des heuristiques. La capitalisation de la connaissance a été réalisée dans la PME MARQUET & Cie. La conception d'une machine automatisée d'assemblage de chaussons, illustre le processus global et les outils proposés.