Le travail présenté dans ce mémoire de HDR porte sur le développement d'antennes millimétriques en bande W. Ces dernières succientent un regain d'intérêt suite à l'émergence des applications civiles en gamme millimétrique, notemment dans le domaine des radar. Concevoir de telles antennes, de type reflectarray, implique non seulement le développement d'outils de simulation/modélisation spécifiques mais aussi la mise en place de dispositifs de mesures adaptés. Le manuscrit s'articule autour de axes de recherche: - le premier chapitre présente les principaux résultats obtenus dans le cadre des antennes millimétriques pour radar embarqués, - le second chapitre décrit les études relatives aux réseaux réflecteurs et lentilles diélectriques, - le troisième chapitre est consacré à la métrologie des antennes avec la mise en place du système de mesure en bande millimétrique et l'étude d'une base compacte, - le quatrième et dernier chapitre est la synthèse des travaux menés entre 1996 et 2001 sur les structures planaires pour l'insertion de fonctions actives.

Cette thèse a pour contexte la micromanipulation en milieu liquide. Cette thématique scientifique vise à comprendre les phénomènes qui interviennent lors de la manipulation dans un liquide de microcomposants, dont la taille peut varier entre 1µm et quelques millimètres. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l'étude des forces de tension de surface en milieu immergé. L'idée est d'utiliser des bulles de gaz comme un moyen d'actionnement dans les milieux liquides, et nécessite d'étudier les propriétés mécaniques de ces bulles. L'originalité de l'approche repose sur la combinaison de deux effets : la tension de surface et la compressibilité du gaz. La première étape a été l'étude d'un moyen pour générer une unique bulle de gaz de taille voulue. Le contrôle en volume étant une méthode prometteuse, nous avons développé un modèle permettant de prédire la taille d'une bulle, et mis en évidence la possible existence d'une instabilité de la croissance de ces bulles. Une étude analytique adimensionnelle nous a permis de définir un critère pour prédire l'existence de cette instabilité. La seconde étape a porté sur la caractérisation mécanique d'une bulle de gaz en contact avec deux solides. Le modèle implémenté a permis de déduire des propriétés intéressantes des bulles de gaz, notamment une grande compliance dont la valeur peut être contrôlée par des paramètres fluidiques. Un démonstrateur exploitant les bulles de gaz a été conçu : une microtable compliante actionnée par trois bulles. Ces travaux ouvrent la voie vers de nouveaux modes d'actionnement ou de capteur utilisant la transduction entre une énergie fluidique et mécanique opérée par un ménisque capillaire.

On a déformé à diverses températures et vitesses avec un dispositif de mini-filage et par torsion (avec des sauts de vitesse) le Zy-4 (dans le haut domaine alpha) et le Zr-1Nb (dans le domaine alpha + beta). Une caractérisation de la fragmentation de la structure au cours de la déformation puis de la croissance de grain en post-dynamique à été faite. La principale différence entre les alliages étant que le Zr-1Nb ne présente pas ou peu de croissance de grain lors d'un maintien dans le domaine alpha + beta après déformation. Le taux de recristallisation et la taille des grains des produits filés, avec ou sans traitement thermique ultérieur, ont été déterminés. Ces données rhéologiques et microstructurales ont permis de déterminer les paramètres de trois modèles décrivant successivement : la densité de dislocations à l'intérieur des cristallites et dans les sous-joints et joints de grains (Laasraoui/Jonas [LAA 91]) ; le processus de restauration dynamique continue (Gourdet/Montheillet [GOU 03]) ; la croissance de grain métadynamique. Dans le cas du Zircaloy-4, la modélisation microstructurale permet une prédiction fiable du taux de recristallisation après filage à chaud. Le cas du Zr-1Nb s'avère plus délicat car la finesse des structures déformées complique les observations. Ainsi seule une ébauche de modèle microstructural est proposée. L'opération est lubrifiée par un film solide qui, selon des essais de piégeage, est thermoviscoplastique. Le frottement le long du conteneur et diverses observations montrent que le mini-filage est en régime mixte de lubrification du fait notamment de la rupture du film lubrifiant induit par l'hétérogénéité de déformation de ces alliages. Expérience et simulation numérique montrent que le gradient de déplacement axial à travers le produit filé dépend du frottement et est atténué par l'adoucissement de l'alliage filé.

Dans un contexte où les ressources fossiles se raréfient et deviennent de moins en moins compétitives économiquement, il apparaît nécessaire de diversifier l'offre et les vecteurs énergétiques. Parmi ceux-ci, l'hydrogène apparaît être l'un des plus prometteurs. Cependant, les verrous technologiques associés à sa production freinent considérablement son développement. Dans ce contexte, le travail réalisé ici concerne l'élaboration d'un système capable de produire de l'hydrogène pur à partir d'hydrocarbures, en particulier le méthane, en utilisant les réactions de craquage tout en séquestrant de façon très efficace le carbone formé. Le système se compose de trois membranes dont les fonctions respectives sont le reformage, la séparation et la restitution de l'hydrogène moléculaire. La première membrane est poreuse, et est élaborée à partir d'un cermet : BaCe0.85Y0.15O3-a / nickel. La seconde est dense et peut être constituée simplement de BaCe0.85Y0.15O3-a, ou bien du même cermet que précédemment, suivant que le fonctionnement du système est galvanique ou non. La dernière membrane est de nature et morphologie identiques à la première. Ces trois membranes sont élaborées et couplées les unes aux autres par le procédé de co-coulage en bandes en milieu organique suivi par une étape de co-frittage. Plus précisément, sur la surface libre de la première membrane est déposé par voie humique un mélange de poudres Xj / Ni, où Xj et Ni sont respectivement un support de catalyse et le catalyseur pour la réaction du craquage du méthane (Xj = CeO2, silice, nanodiamants, zéolithes,...). Ainsi, en alimentant ce système en méthane, en présence par exemple de CeO2/Ni – le couple support/catalyseur le plus performant- la production d'hydrogène est possible et le carbone résultant se dépose sous forme de nanotubes dont le sommet porte la particule catalytique, ainsi toujours en contact du flux de méthane ; de ce fait, la désactivation du catalyseur est inhibée. Cette séquestration du carbone permet également de s'affranchir des rejets de CO2 et CO. L'hydrogène pénètre ensuite la porosité de la membrane et s'oxyde au niveau des points triples. En fonctionnement non galvanique, les protons et les électrons traversent la seconde membrane jusqu'à la troisième via, respectivement, le réseau percolant de BaCe0.85Y0.15O3-a et de Ni. En fonctionnement galvanique, les électrons sont transportés jusqu'à la troisième membrane via un circuit électrique extérieur imposant une tension. Au niveau des points triples de la dernière membrane, électrons et protons se réassocient pour reformer de l'hydrogène pur. Ces travaux mettent en oeuvre ces deux systèmes galvanique et non galvanique en explicitant les motivations dans le choix des différents matériaux utilisés. Grâce à la compréhension des divers phénomènes intervenant en cours de fonctionnement, un procédé relativement optimisé est ainsi mis en place pour réaliser ce système de production et de purification d'hydrogène. Enfin, un modèle numérique est proposé afin de contrôler l'influence de tous les paramètres pouvant intervenir dans les performances de cet objet.

L'objectif de ce travail est d'étudier les évolutions microstructurales des matériaux cimentaires au cours de l'hydratation et d'analyser les dégradations physico-chimiques de ces matériaux lorsqu'ils sont soumis au séchage. Ces évolutions sont caractérisées par les mesures de teneur en eau et de porosité qui sont des paramètres clés pour l'évaluation de la durabilité des matériaux. L'originalité du travail réside en l'utilisation de l'Imagerie par Résonance magnétique IRM. Nous présentons une synthèse bibliographique sur les matériaux cimentaires et sur l'IRM qui permet d'accéder à la densité protonique caractéristique de la teneur en eau et aux temps de relaxation qui donnent une information sur la distribution poreuse. Les résultats sont ensuite identifiés aux données obtenues par des techniques expérimentales du génie civil. Enfin deux problématiques inhérentes aux matériaux cimentaires qui sont l'analyse de l'hydratation et le couplage hydratation/séchage sont étudiées.

L'énergie photovoltaïque connaît actuellement un fort développement. Après être restée pendant de longues années un moyen de production anecdotique (site isolé) le photovoltaïque devient aujourd'hui une source d'énergie connectée au réseau, en compétition avec les sources conventionnelles. Ce développement concerne principalement les installations de moins de 3kWc (90% des installations françaises). L'augmentation du nombre de ces centrales de petites puissances au coeur des bâtiments (intégré au bâti) met en exergue les problèmes d'ombrages et peu fortement limiter la production. C'est dans ce contexte de maximisation de la production PV et de changement des fonctionnalités que cette thèse explore les topologies de champs PV (générateurs PV + électronique de puissance) pouvant répondre à ces nouvelles exigences.

La production froide des huiles lourdes avec production conjointe de sable a été utilisée avec succès dans les formations peu consolidées de l'Alberta. Il existe un lien très net entre la production de sable et la production d'huile, mais les mécanismes mis en jeu sont complexes. Une cellule expérimentale a été conçue à l'IFP afin de visualiser les phénomènes d'érosion associés. Les résultats obtenus permettent de différencier deux schémas d'érosion selon les conditions d'essais: venue massive de sable avec baisse de densité dans un secteur de la couche de sable ou formation d'une cavité. Les conditions in-situ, forte densité relative et forte pression de confinement, orientent vers l'hypothèse du développement de cavités. La modélisation numérique du problème d'érosion proposée dans le cadre de cette thèse a pour originalité de considérer deux modèles mécaniques distincts en interaction pour représenter le réservoir d'une part et le mélange sable/huile (slurry) en écoulement d'autre part. Un algorithme spécifique a été défini et testé avec succès dans un cas unidimensionnel, puis dans le cas d'une configuration plane.

Les travaux développés durant cette thèse, ont permis la mise au point d'un simulateur qui permet de prévoir le comportement d'une hydrolienne dans son environnement. A cet effet, une approche multiphysique a été adoptée pour la modélisation de l'ensemble de la chaîne de conversion d'énergie. L'environnement de simulation ainsi développé peut également être utilisé pour le dimensionnement et l'évaluation de la rentabilité d'installations hydroliennes. A l'heure actuelle, l'outil développé permet de simuler tous les types de turbines à axe horizontal. De plus, il permet de choisir entre deux topologies électriques différentes ; une basée sur la génératrice asynchrone à double alimentation et une sur la génératrice synchrone à aimants permanents. Pour ces deux technologies, deux types de commande en vitesse ont été proposés. La première stratégie consacre l'utilisation des régulateurs linéaires PI. La deuxième, quant à elle, propose une commande non linéaire dite modes glissants d'ordre supérieur. Les différents composants du simulateur ont été testés et éprouvés expérimentalement en termes de modèles et en termes de performances de régulations de vitesse. Les développements présentés dans ce mémoire restent cependant perfectibles ouvrant ainsi la voie à d'intéressantes perspectives.

Durant le procédé de forgeage, la pièce subit des déformations complexes et importantes. Ainsi, la microstructure finale n'est pas homogène, et le comportement macroscopique du matériau change selon la direction de sollicitation. Ce phénomène, directement lié au procédé mécanique de mise en forme constitue, l'anisotropie du comportement de la pièce forgée. Le but de cette étude est de relier cette anisotropie à des calculs de fatigue à grand nombre de cycles. Pour des pièces suffisamment isotropes (des pièces coulées par exemple), les critères classiques sont de bons prédicteurs, mais leur utilisation pour des pièces forgées n'est pas recommandée. Ainsi, pour tenir compte de cet effet, l'anisotropie est représentée à une échelle d'étude plus petite que celle du procédé : l'échelle mésoscopique c'est à dire l'échelle du grain. A partir des données statistiques obtenues sur la pièce réelle, nous pouvons reconstruire un volume élémentaire digital et lui faire subir des déformations et des analyses en fatigue dans toutes les directions. Ceci afin de déterminer les coefficients locaux dont nous avons besoin pour revenir sur la simulation de la mise en forme et des propriétés induites en fatigue de la pièce forgée. Il s'agit donc d'une étude multi-échelles reliant l'échelle de la microstructure à celle de l'ingénieur. Par ce biais, l'anisotropie mécanique locale est prise en compte à travers des paramètres locaux qui dépendent de l'orientation de la microstructure mais aussi du taux de déformation. Les liens avec la pièce industrielle sont un vecteur fibrage (qui donne l'anisotropie induite par le procédé de forgeage) et un taux de déformation locale subie. Ainsi, les résultats peuvent être utilisées dans l'optique d'optimiser la préforme du composant pour optimiser sa tenue en fatigue.

L'industrie automobile utilise de nombreuses pièces en caoutchouc aux fonctions antivibratoires, dont il faut garantir la tenue en service. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthode pour prévoir la durée de vie en fatigue d'une structure en caoutchouc naturel chargé au noir de carbone. La démarche proposée consiste à découpler l'évolution du comportement mécanique et l'endommagement sous chargement cyclique. On suppose qu'il existe un cycle stabilisé et que la durée de vie, définie comme l'amorçage d'une fissure détectable, ne dépend que des grandeurs mécaniques évaluées sur celui-ci. Les élastomères soumis à un chargement cyclique présentent un adoucissement associé à l'effet Mullins, qui se produit surtout pendant les premiers cycles, après lesquels la réponse du matériau reste identique. On propose un modèle capable de décrire cette réponse stabilisée, ne dépendant que des variables mécaniques en régime établi. Ses paramètres sont les élongations maximales dans un nombre fini de directions matérielles, de façon à décrire l'anisotropie induite par l'effet Mullins. Ce modèle est ensuite utilisé pour analyser un grand nombre d'essais d'endurance uniaxiaux et multiaxiaux, réalisés sur éprouvettes axisymétriques. On montre qu'il permet de prendre en compte efficacement l'influence du type de contrôle ou d'une précharge. L'analyse des essais multiaxiaux ne mettant pas en jeu de renforcement, c'est-à-dire passant par l'état de déformation nul, montre que la contrainte principale maximale est suffisante pour représenter tous les cas de chargement, à l'exception de ceux qui font intervenir des phénomènes de cumul multi-plans. On propose alors une loi de cumul d'endommagement pour représenter ce type de chargement.