Cette thèse traite l'étude de la fiabilité et de la durabilité des systèmes photovoltaïques (PV). Face à l'absence de retour d'expériences, réaliser une telle étude sous-entend, à la fois, de proposer des procédures expérimentales de qualification basées sur des essais accélérés conduits sur les composants critiques des systèmes PV, et de développer des outils de simulation de la fiabilité de l'assemblage de ces composants constituant un système considéré complexe. Ainsi dans un premier temps, nous nous sommes consacrés à l'étude de la fiabilité des modules PV. Une méthodologie originale basée sur les essais de dégradation accélérée nous a permis d'estimer la fiabilité de ces composants sous leurs deux modes prédominants de défaillance que sont la corrosion et la décoloration de l'encapsulant. L'originalité réside dans la prise en compte des variabilités des conditions environnementales et sur le couplage des essais accélérés et de dégradation. Un outil a été développé à cet effet. Dans un second temps, nous nous sommes placés à l'échelle des systèmes PV. Nous avons proposé de simuler certains paramètres caractérisant leur sûreté de fonctionnement en s'appuyant sur une représentation du système avec ces différents modes de fonctionnement et de dysfonctionnement (défaillances et dégradation) à l'aide de plusieurs Réseaux de Petri Stochastiques imbriqués sur plusieurs niveaux afin de se situer, pour chaque composant, aux échelles pour lesquelles les modes de défaillance pouvaient être saisis et formulés. Notre travail de thèse permet finalement de donner les bases méthodologiques et les outils de simulations pour qualifier et garantir la durée de vie de systèmes PV.

Quatre axes de recherche ont été étudiés dans ce doctorat afin de répondre à un objectif global: avoir une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation de lambris d'un bâtiment en bois. Le premier axe a été imaginé dans le but d'élaborer de bonnes pratiques d'utilisation des méthodes de vieillissement. Les dégradations issues de quatre expositions ont été caractérisées par des analyses de spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier (IR-FT) et colorimétrie. Une interprétation originale des modifications de couleur observées sur les échantillons a permis de formuler des recommandations sur les bonnes pratiques d’utilisation de ces méthodes. De plus, ces connaissances ont permis de choisir les expositions les plus adaptées pour répondre aux questions scientifiques élaborées dans cette thèse. Le deuxième axe de ce doctorat s'est porté sur l'étude fondamentale de la photodégradation d'un bois par l'utilisation de la spectroscopie Raman. L’étude des contributions obtenues suite à l'analyse Raman des échantillons n’a pas permis d’obtenir de nouvelles informations sur les modifications chimiques que subit le bois suite à la photodégradation. Cette technique n’a pas été retenue pour étudier la dégradation du bois. Cependant, la sensibilité de l'appareil à la fluorescence a permis d'identifier un nouveau mécanisme de dégradation de la lignine. La sensibilité des carbones α et β à la photodégradation a pu être mise en évidence ainsi que la résistance de la liaison carbone-carbone 5-5’. Le troisième axe de ce projet s'est intéressé au développement d'une méthode prenant en compte les interactions pouvant exister entre photodégradation et dégradation biologique. Une échelle visuelle a été créée afin de suivre la colonisation d’échantillons de bois protégés avec un fini semi-translucide par deux fungi. Il est apparu que la photodégradation favorise la colonisation de deux fungi à tâches noires : Aureobasidium pullulans et Epicoccum nigrum. Les analyses par spectroscopie Infrarouge n’ont pas permis de mettre en évidence les mécanismes par lesquels les fungi prennent avantage de la photodégradation pour coloniser les échantillons. La présence de bulles dans le feuil de peinture a pu être mise en évidence à l’aide d’observations microscopiques. Après photodégradation ces bulles forment des zones de faible résistance entrainant la colonisation des fungi notamment par l’utilisation de structures fongiques telles qu’un transpressorium. La photodégradation et la dégradation biologique entrainent une diminution de l’adhérence du fini. Le dernier axe de ce projet de doctorat s'est intéressé à identifier le rôle de l’agent de coalescence, de la méthode d’application et d’une étape de sablage sur les propriétés du revêtement et sur la qualité et la morphologie du film. La capacité de la peinture à dégazer, le temps de séchage et la température minimale de formation de film (TMFF) ont été reliée aux propriétés de l’agent de coalescence. La brillance ainsi que la topographie de la surface de l’échantillon ont été ramenées à la qualité du fini. L’utilisation d’un agent de coalescence hydrophobe a mené aux meilleurs résultats. Globalement, les résultats obtenus ont permis d'identifier des fragilités et la résistance d’un fini acrylique en fonction : (i) de sa formulation, (ii) de la qualité du feuil sec, (iii) et de son exposition au vieillissement. Il a été possible de répondre aux objectifs spécifiques déterminés dans ce doctorat par la réalisation des quatre axes de recherche. L'ensemble des informations obtenues a permis de mieux comprendre les mécanismes et les causes impliqués dans la perte de performance d'une protection d’un lambris de bâtiments en bois. / Four lines of research have been studied in this manuscript in order to answer at the goal of this PhD: having a better understanding of the degradation mechanisms of wood siding building. The first line was designed to provide recommendations regarding good practice for effective use of the different weathering methods. Sample degradation was characterised with FTIR and colorimetric analysis. An original interpretation of color modifications observed on samples allowed recommendations to be provided. In addition, suitable exposures were chosen for each line of research. The second line of this PhD was about a fundamental study of wood photodegradation by using a Raman spectrophotometer. Interpretation of Raman contribution did not provide new relevant information on chemical modification underwent by the wood due to the photodegradation. Thus, this technique was not used to further study the degradation of wood. However, the sensitivity of this device to fluorescence has led to the identification of a new mechanism of lignin degradation. The sensitivity of α and β carbons to photodegradation has been demonstrated as well as the strength of the 5-5 carbon-carbon bond. The third line of this project was concerned with the development of a method taking into account the interactions that may exist between photodegradation and biological degradation. A visual scale was created in order to monitor the colonisation of samples coated with a clear protection. It was found that the photodegradation promotes the colonisation by two black stain fungi: Aureobasidium pullulans and Epicoccum nigrum. Infrared analyses did not reveal the mechanisms by which fungi take advantage of photodegradation to colonize the samples. The presence of bubbles in the paint finish was demonstrated by microscopic observations. After photodegradation, these bubbles form weak points for colonization by fungi through the protective layer. The use of structures such as a transpressorium has been highlighted. Photodegradation and biological degradation leads to a decrease of coating adhesion. The last line of this doctoral project was to identify the influence of the coalescing agent, the application method and a sanding step onto the paint properties and the quality and morphology of the film. The ability of the paint to degas, the curing time and the minimal film formation temperature (MFFT) were linked with the properties of the coalescing agent. Gloss as well as topography of the coating surface were characterized in order to qualify the coating quality. The use of a hydrophobic agent showed the best results concerning the parameters studied. Overall, the results obtained throughout the PhD allowed the identification of fragilities and weaknesses of an acrylic finish based on (i) its formulation, (ii) the quality of the dry finish, (iii) and its exposure to weathering. Specific goals determined in this PhD have been addressed. The whole of the information obtained helps to better understand of the mechanisms and causes involved in the loss of performance of a wood protection of a wood siding building.

L'objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes d'endommagement induits par la thermo-oxydation dans des stratifiés composites carbone/époxy, à différentes échelles. A l'échelle microscopique (fibre/matrice), les évolutions du retrait chimique de la matrice au cours du vieillissement sont caractérisées. La pression d'oxygène est utilisée pour accélérer le processus d'oxydation. L'état d'endommagement surfacique de l'échantillon vieilli est ainsi observé et analysé. L'extraction des profils de matrice entre deux fibres permet d'analyser le retrait matriciel au niveau des interfaces fibre/matrice. Les mesures expérimentales sont confrontées aux simulations d'un modèle numérique chemo-mécanique couplé, et des valeurs critiques du taux de restitution d'énergie de décohésion fibre/matrice sont identifiées. A l'échelle mésoscopique (pli), la propagation en profondeur de la couche oxydée/endommagée est caractérisée. A l'échelle macroscopique (stratifié), les effets de la thermo oxydation sur les mécanismes et les cinétiques de fissuration matricielle dans des stratifiés composites [0/90]s croisés sont étudiés. Ce travail donne un aperçu assez complet des mécanismes d'endommagement induits par la thermo oxydation dans des composites organiques de type carbone-époxy.

Dans l'industrie, et en particulier dans le domaine automobile, il est crucial de valider la fiabilité des systèmes de manière efficace, rapide et à moindre coût. Les pièces de Liaison Au Sol chez PSA sont soumises au phénomène de fatigue et leur conception est validée à partir de calculs mais aussi et principalement d'essais physiques. Les méthodologies globales de qualification en fatigue sont basées sur un protocole d'essai spécifique et une méthode d'estimation associée. Les travaux présentés ici présentent tout d'abord un état de l'art de méthodologies globales de qualification en fatigue, issues de la littérature et des applications PSA. Ces différents axes d'étude sont comparés par simulation numérique afin d'en définir la robustesse, l'efficacité et le coût. A l'issu de cette étude, une méthodologie globale efficace a été développée, et en partie mise en place. L'ensemble des travaux permet tout d'abord d'avoir un point de vue critique sur les méthodologies d'estimation de la fiabilité par les essais. Ils ont mené à la mise en place d'une amélioration des stratégies actuelles et ouvre la voie à des changements d'envergure chez PSA.

La qualification d'un produit, lors des phases de développement, est une étape importante dans un projet qui vérifie que les performances et la fiabilité atteignent les objectifs. Les essais de qualification sont souvent couteux en temps et en nombre de produits testés. Les essais accélérés consistent à soumettre des unités à des niveaux de stress plus élevés qu'en condition d'exploitation afin de réduire le temps d'apparition des défaillances. Ils permettent de construire plus rapidement la fonction de fiabilité à partir d'un modèle appropriée reliant durée de vie et stress. De plus, un plan d'essai doit être construit, précisant les paramètres du plan (niveaux de stress, allocation de l'échantillon) pour trouver le meilleur compromis entre le coût d'essai et la qualité d'estimation. L'objectif de la thèse a été de définir une méthodologie de construction de plans d'essai accéléré optimaux et robustes. Nous avons donc développé un cadre général basé sur la minimisation du coût global et une approche bayésienne. Les distributions a priori, issues de la connaissance des paramètres de fiabilité et du modèle d'accélération, sont utilisées dans l'inférence bayésienne et dans une simulation de Monte Carlo d'exploration des fiabilités possibles. Le plan optimal et robuste est obtenu à partir de méthodes d'optimisation (Surface de réponse, Algorithmes génétiques). Enfin, une méthodologie de suivi des essais est développée en observant la pertinence des résultats par rapport aux informations a priori à partir d'un facteur de similitude. Il permet de vérifier si la décision quant à la qualification peut être prise plus rapidement, ou d'optimiser le plan en cours de réalisation.

La mise en oeuvre des composites bois-plastique exige de résoudre trois difficultés: le manque d'adhésion des particules de bois au polymère (dispersion et propriétés mécaniques affectés), la dégradation thermique des particules et la variabilité des propriétés du bois. La mise en oeuvre ici a été faite par rotomoulage ou en moulage compression pour des teneurs variables en poudre de bois et en agent couplant. Les propriétés mécaniques en flexion, en torsion, en traction et en resilience, en plus des propriétés physiques en vieillissement accéléré, en sollicitation thermique et les dimensions structurales ont été caractérisées. Les résultats montrent qu'indépendamment du type de sollicitation (traction, flexion ou torsion dynamique) la rigidité et la résistance des échantillons composites rotomoulés est moindre que ceux obtenus en moulage par compression. Néanmoins, la résistance à l'impact des échantillons rotomoulés est comparable à celle obtenue en moulage compression. En vieillissement accéléré, les échantillons composites ont subit un changement de couleur qui dépend de la teneur en bois et de la qualité de la surface. La clarté augmente avec le temps de vieillissement et les échantillons jaunissent dans les premières heures, puis évoluent vers le bleu.

Les diodes électroluminescentes ont le potentiel pour réduire considérablement la consommation électrique nécessaire pour l'éclairage. De plus, leur longue durée de vie laisse entrevoir des sources lumineuses ne nécessitant pas de remplacements fréquents. Par contre, plusieurs défis restent à régler si les diodes électroluminescentes veulent répondre aux promesses d'économie d'énergie et de longue durée de vie des fabricants. Il est donc nécessaire de réaliser des tests indépendants sur les diodes pour vérifier le bien-fondé de telles affirmations. Pour cela, trois tests de vieillissement accélérés ont été réalisés sur deux modèles de diodes et comparés à un échantillon témoin alimenté selon les recommandations des fabricants. L'objectif de ces tests est de vérifier l'effet sur les diodes d'un entreposage à température élevée et du fonctionnement avec un courant élevé incluant ou non un contrôle de température. Cela permet d'isoler l'effet des différents paramètres d'utilisation tout en étudiant si ceux-ci accélèrent la dégradation des propriétés des diodes électroluminescentes. Il appert que le mode de dégradation des diodes est différent pour chaque modèle, ce qui rend la mise en place d'un modèle global est difficilement envisageable.