Dans le cas hypothétique d'un accident grave de réacteur nucléaire, le coeur pourrait fondre et former un mélange à haute température (2000-3000 K) appelé corium. Dans le cas du percement de la cuve, ce corium s'étalerait dans le puits de cuve, dans les pièces adjacentes ? comme cela s'est produit à Tchernobyl? ou dans un récupérateur dédié à cet effet ? comme pour le nouveau réacteur européen EPR. Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale de l'étalement du corium, en particulier à l'aide des expériences en matériaux prototypiques (contenant de l'oxyde d'uranium appauvri) réalisées sur l'installation VULCANO au CEA Cadarache. La première étape de l'analyse de ces essais consiste en l'interprétation des analyses matériaux à l'aide de modèles thermodynamiques de la solidification du corium. Connaissant pour chaque température, la répartition et les composition des phases présentes dans la coulée, on peut alors en estimer les propriétés physiques. L'arrêt de l'écoulement est contrôlé par les propriétés rhéologiques du corium, en particulier dans l'intervalle de solidification, ce qui nécessite de les étudier en détail. Les aspects hydrodynamiques, rhéologiques et thermodynamiques de l'écoulement de corium en cours de solidification ont pris en compte dans les modèles et codes de calcul qui sont validés à l'aide de ces essais et permettent de conforter le concept de récupérateur par étalement de l'EPR.

Le béton est un matériau dont le comportement n'a pas été totalement compris surtout dans des situations accidentelles spectaculaires: les incendies de tunnels. De nombreuses recherches ont été donc entreprises pour comprendre son comportement à hautes températures (allant jusqu'à les 800°C) surtout qu'il y a eu trois incendies de tunnels en Europe durant les dix dernières années provoquant un écaillage de structures en béton. Ce travail vise à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de cet écaillage dans le béton chauffé. Par une première approche, on s'intéresse à l'étude de l'écaillage hydraulique provoqué par les pressions des fluides dans le béton considéré comme un milieu poreux. L'étude, basée sur un modèle thermo-hydro-chimique indéformable, porte plus particulièrement sur la formation d'un "bouchon" (zone quasi-saturée d'eau liquide) qui est à l'origine de l'augmentation importante des pressions de gaz qui se trouve "bloqué". Une approche analytique simplifiée et justifiée par un calcul numérique complet a permis de mettre en évidence l'existence d'une température de "saturation" qui peut nous renseigner sur la profondeur du "bouchon" majorant ainsi la profondeur de l'écaillage hydraulique. Par une deuxième approche basée sur un modèle de thermo-chimio-plasticité, on cherche à étudier l'écaillage mécanique. Le béton, considéré cette fois comme un milieu continu, est soumis à des contraintes de compression provoquées par la dilatation thermique empêchée. Sa rigidité et sa résistance sont aussi réduites sous l'effet de la déshydratation chimique des hydrates CSH à hautes températures. Le zone proche de la surface chauffée rentre en phase plastique. Un modèle analytique simplifié et justifié par un calcul numérique complet a permis de comprendre cet écaillage mécanique et de mettre en évidence l'existence d'une température de "plastification" qui peut nous renseigner sur la profondeur de la zone plastifiée majorant ainsi la profondeur de l'écaillage mécanique. Finalement, un modèle thermo-poro-élastique qui tient compte des transferts de chaleur et de masse ainsi que de la déformabilité du béton a permis de définir deux contraintes effectives: une contrainte de traction exercée par les fluides sur le squelette et qui caractérise donc l'écaillage hydraulique et une contrainte de compression conséquence de la dilatation thermique empêchée et qui caractérise donc l'écaillage mécanique. Un critère de plasticité a été utilisé pour voir la contribution de chacune des contraintes dans l'atteinte de la phase plastique ce qui peut nous renseigner sur le \poids" de chacun des deux mécanismes (hydraulique ou mécanique) dans le processus d'écaillage.

En cours de vol, les hélicoptères bi-turbines peuvent subir un régime d'urgence OEI : un moteur s'arrête, alors que le moteur qui reste en fonctionnement connaît une augmentation de température. Cette problématique a motivé l'étude du comportement en fluage anisotherme du superalliage monocristallin MCNG afin que soient appréhendés les impacts d'une surchauffe à 1200°C sous charge sur son comportement en fluage à 1050°C. Suite à la séquence standard de traitements thermiques, des ségrégations chimiques persistent dans la structure dendritique du MCNG. En particulier, l'élément Re présente la plus grande disparité de concentration : il est majoritairement ségrégé dans les dendrites. Ces disparités de composition engendrent des différences de propriétés physiques et mécaniques (taille de précipitation, misfit, dureté), ainsi que des différences de comportement de la microstructure γ/γ' lors des expositions à haute température avec ou sans chargement mécanique appliqué. En particulier, le misfit plus élevé dans les dendrites, ainsi que la taille de précipitation plus faible, favorisent la dissolution de la phase γ' dans ces zones lors de maintiens à 1250°C. En fluage à 1050°C / 140 MPa, le misfit plus élevé dans les zones dendritiques est à l'origine de la mise en radeaux plus rapide dans ces régions alors qu'après la mise en radeaux, l'évolution de la microstructure γ/γ' est plus marquée dans les zones interdendritiques (déformation locale de γ, désorientation des interfaces γ/γ', épaississement du γ' et inversion topologique). Lors du fluage isotherme à 1050°C / 140 MPa, condition sur laquelle est simulée une surchauffe OEI, le stade tertiaire de fluage couvre 60% de la durée de vie du matériau. Ce comportement macroscopique particulier est attribué à la déstabilisation précoce de la microstructure γ/γ'. Après une surchauffe OEI, le MCNG présente une vitesse de déformation de fluage accrue qui conduit à un abattement de la durée de vie par rapport à la condition de fluage isotherme. Les observations microstructurales montrent qu'un OEI accélère la déstabilisation de la microstructure γ/γ' par rapport à l'isotherme, ce qui précipite le déclenchement du stade tertiaire de déformation. Le comportement du MCNG en fluage isotherme et anisotherme a été modélisé sur la base d'une loi de comportement viscoplastique de type Chaboche, dans laquelle ont été introduites de nouvelles variables internes capables de prendre en compte les évolutions microstructurales.

L'oxyde supraconducteur YBa2Cu3O7Δ (Y123) qui possède une température critique de 92 K a éveillé à sa découverte un grand enthousiasme et est la source de nombreux travaux. Grâce à ses bonnes propriétés supraconductrices à la température de l'azote liquide (77 K) il semble être le plus prometteur pour les applications sous champ magnétique. Pour obtenir des densités de courant critique élevées, il est nécessaire de les densifier et d'induire une orientation cristallographique préférentielle.<br />Ce travail a consisté à élaborer des échantillons plus performants en terme de propriétés supraconductrices. Le procédé conventionnel de texturation induit des fissures et de la porosité dans les échantillons et nécessite l'ajout de dopants pour améliorer ses propriétés. Nous avons étudié un nouveau procédé « infiltration et croissance » ainsi que la mise en forme d'une géométrie originale « à parois minces ». Les caractérisations effectuées sur la microstructure, la texture et les propriétés supraconductrices sont rapportées.<br />L'optimisation du procédé a consisté à comprendre les mécanismes d'infiltration et de croissance, puis à rechercher la configuration et la composition donnant des échantillons les plus performants. Des densités de courants critiques de l'ordre de 68 kA/cm2 en champ propre ont été mesurées à 77 K. <br /> L'étude des échantillons perforés a montré que, grâces aux « trous » artificiels, les microstructures sont exempt de porosité, les échantillons se refroidissent plus rapidement et l'oxygénation est plus rapide et homogène comparé aux matériaux non perforés.

La stérilisation des espèces aquacoles est recherchée en aquaculture pour remédier aux problèmes de reproduction intempestive et risques de pollution génétique de la reproduction des poissons d'élevage échappés avec des espèces endémiques. Nous avons cherché à caractériser certains des mécanismes mis en jeu lors d'une stérilisation induite par de fortes températures chez une espèce de poissons thermosensible d'intérêt majeur en aquaculture, le tilapia du Nil, Oreochromis niloticus. L'effet d'une température élevée de 37°C sur le développement gonadique a été étudié pendant la différenciation sexuelle chez des alevins et pendant la maturation sexuelle chez des juvéniles, provenant de descendances mixtes (XXXY) et monosexes femelles (XX) /mâles (XY). L'analyse immunohistochimique de la protéine vasa montre que des traitements à 37°C provoquent une diminution du nombre de cellules germinales (CG) qui résulte d'une augmentation du taux d'apoptose et/ou d'une réduction du taux de prolifération de ces cellules, aboutissant à une stérilité partielle et transitoire ou complète et permanente. L'expression du gène vasa, marqueur des CG, est inhibée dans les gonades des poissons traités à 37°C pendant un minimum de 60 jours ; ceci est corrélé avec la réduction du nombre de CG dans ces gonades. La baisse du niveau d'expression des gènes cyp19a1a et amh, respectivement marqueurs de cellules somatiques femelles et mâles, suggère que la température de 37°C affecte également le nombre ou la fonctionnalité des cellules de la granulosa chez les femelles et de Sertoli chez les mâles. Un traitement de 60 jours est nécessaire pour induire de tels effets et semble impacter préférentiellement les gonades femelles. Ce travail confirme que les fortes températures induisent une réduction du nombre de CGs, en modifiant la balance entre les taux d'apoptose et de prolifération cellulaire, conduisant à des stérilités partielles ou totales. / The sterilization of farmed fishes is searched in aquaculture to remedy in the problems of inconvenient reproduction and risk of genetic pollution of reproduction of escaped farmed fishes into the natural environment with endemic species. We characterized some of the mechanisms involved during induced-sterilization by high temperatures in the Nile tilapia, Oreochromis niloticus, a thermosensitive species of major interest in fish farming. The effect of 37°C-elevated temperature on gonadal development was studied during sexual differentiation in fry and during sexual maturation in juvenile, from mix-sexed (XX/XY), all-genetic female (XX) and male (XY) progenies. The immunochemistry analysis of vasa protein shows that 37°C-treatment causes germ cell (CGs) decrease, resulting from an increase of apoptosis rate and/or reduction of cell proliferation, leading to partial and transitory or complete and permanent sterilization.This work confirms that high temperatures induce a decrease of germ cell number, modifying the balance between rates of cell apoptosis and cell proliferation, leading to partial or complete sterilization.The expression profile of vasa gene, marker of germ cells, is inhibited in gonads of fish treated at least during 60 days at 37°C ; that is correlated with the reduction of germ cell number. The reduction of expression levels of cyp19a1a and amh genes, respectively markers of female and male somatic cells, suggests that the 37°C-temperature also affects the number or function of granulosa cells in females and Sertoli cells in males. A treatment of 60 days is necessary to induce such effects and seems to impact preferentially female gonads.

Les centrales nucléaires jouent un rôle important au niveau mondial dans la production d'électricité aujourd'hui. Dans l'histoire humaine, deux accidents tragiques ont déjà eu lieu, à Tchernobyl et Fukushima, provoquant des fuites des matières radioactives. Pour éviter ce genre d'accident dans la future, la construction en béton prend un rôle important en tant que matériau de construction de confinement qui est la dernière barrière pour isoler la matière radioactive de l'environnement. La compréhension des transferts dans le béton dans des circonstances graves, en particulier à étudier le comportement du béton sous haute température jusqu'à 200°C. Dans la première partie, un modèle de déshydratation a été appliqué dans le modèle thermo-hygro. Le modèle thermo-hygro a ensuite été mis en oeuvre pour simuler une maquette dont les résultats expérimentaux sont disponibles dans la littérature, sans tenir compte des comportements mécaniques. Enfin, des études paramétrique ont été réalisées pour étudier l'influence de certains paramètres. Le modèle à ensuite été appliqué à des structures sous vitesse de chauffage différente, et le modèle à ensuite été appliqué à des structure sous rythme de chauffage différents et celles avec des épaisseurs différentes pour comparer les profiles de température et de pression de gaz à travers de la mur. / Nuclear power plant now takes an important part in the world's electricity generation. In human history, there have already been two tragic accidents in Chernobyl and Fukushima causing severe radioactive matter leakage. To pre- vent this kind of accident from happening again, concrete structure plays an important role as material of containment building, which is the last barrier to isolate the radioactive matter from the environment. Hence, the transfer properties of concrete under severe circumstances, especially high tempera- ture, are important for this usage. This PhD thesis aims to investigate the behavior of the concrete under high temperature up to 200°C. In the first part, a dehydration model was proposed. The model consists of different dehydration sub-models for main hydrates in the cement paste. In the second part, the dehydration model was implemented in a thermo-hygral model. The thermo- hygral model was then used to simulate a mock-up for which experimental results are available in the literature, without considering the mechanical behaviors. At last, parametric studies were performed to investigate the influ- ence of some parameters, and the model was then applied to structures under different heating rates, and structures with different thicknesses to compare the temperature and gas pressure profiles across a wall.

Les supraconducteurs à hautes températures sont considérablement utilisés dans des applications telles que des machines électriques. La conception de telles machines requiert une évaluation précise des pertes AC générées par leurs bobinages de câbles supraconducteurs multifilamentaires torsadés. Ainsi, des outils numériques robustes et précis sont indispensables afin de modéliser rapidement en 3D le comportement de tels câbles. Dans ce manuscrit, deux approches numériques dont une approche de type galerkin discontinue furent développées afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. Elles furent appliquées à la formulation en H couplée aux effets thermiques. La modélisation de cas simples a permis de valider ces approches en les comparant à celle des éléments finis implémentée sur Comsol. Puis, une transformation géométrique fut proposée afin de modéliser de façon équivalente en 3D, quelque soit la configuration en champ magnétique, des câbles à filaments supraconducteurs droits à la place de filaments torsadés. De cette transformation, un modèle d'ordre réduit fut développé et validé afin de simplifier considérablement la modélisation 3D de ce type de câbles. À partir de ce modèle réduit, l'influence du champ elliptique sur les pertes par aimantation d'un échantillon de 100 câbles de 54 filaments de MgB ₂ torsadés fut modélisé en moins d'une journée. Par ailleurs, des premières études empiriques montrant la faisabilité d'une homogénéisation furent brièvement présentées et validées pour des câbles ayant une seule couche de filament. / High temperature superconductors are increasingly being used for several applications such as electrical machines. Thus the design of suchdevices ultimately requires an accurate evaluation of AC losses generated by superconducting coils sometimes made of twisted multifilamentary wires.The development of robust numerical tools geared towards the 3 D modeling of such wires is therefore needed. In this manuscript, the main objective isto develop numerical approaches allowing considerable simplifications of the modelling of twisted multi-filamentary superconducting wires in 3 D. First, two numerical approaches such as the discontinuous galerkin method applied on the thermally coupled H -formulation were developed. They were compared and validated on simple cases using the finite element method implemented in Com-sol. Then, a well-defined mapping was proposed to simply model in 3 D, for any magnetic field configuration, straight multifilamentary wires instead oftwisted ones. An application of this mapping allowed the development of a model-order reduction approach which simplify considerably the mod-elling of twisted wires in 3 D. Thus, the elliptical magnetic fields impact on magnetization losses was accurately modeled in less than a day with the reduced approach applied on 100 MgB ₂ wires with 54 twisted filaments. As a research perspective on the reduced model advanced applications, an homogenization, empirically defined, was briefly presented for wires with single layer only.

L'idée d'utiliser des fibres végétales naturelles comme renfort dans une matrice de polymère n'est pas tout à fait nouvelle, mais dans un contexte où le recours à des ressources renouvelables tend à devenir une priorité, elle est désormais considérée comme une voie prometteuse et doit poursuivre sa contribution aux objectifs de développement durable tout en continuant à répondre aux préoccupations environnementales. D'autant que des industriels ont déjà mis au point la production de composites renforcés de fibres végétales pour des applications ciblées. Ils s'efforcent donc d'élargir leurs marchés qui sont encore modestes. Seulement quelques dizaines de milliers de tonnes de fibres végétales sont intégrées aujourd'hui dans des composites, à comparer aux 2 millions de tonnes de fibres de renfort de synthèse utilisés par an [1]. Associer l'industrie du bois à celle des plastiques est un segment d'affaire qui peut permettre à l'industrie du bois de trouver des solutions adaptées à l'économie québécoise, en investissant dans la dans la recherche, l'innovation et la modernisation des équipements. Cela permet aussi d'accroître et de parfaire la production de produits tels que les panneaux à base de bois, les bois d'ingénierie, les bois-polymères, ainsi que d'autres produits à valeur ajoutée. Le renforcement d'un polymère avec des fibres naturelles qui ne sont pas compatibles avec la matrice produira un matériau totalement différent. D'un point de vue mécanique en général, cette charge améliore certaines propriétés comme la résistance mécanique et au fluage. Néanmoins, qu'en est-il pour leurs propriétés thermophysiques (conductivité et diffusivité thermique) qui sont des paramètres aussi importants pour prédire les variations de température au cours d'un processus spécifique? En particulier, dans le cas de procédés où les matériaux vont subir un changement de phase (c'est le cas du rotomoulage par exemple), où un risque de dégradation thermique est toujours présent dû au long cycle de production. Ces propriétés suscitent donc beaucoup d'intérêts pratiques et théoriques. C'est la raison pour laquelle un grand nombre de ces travaux ont été réalisés dans ce domaine. L'objectif principal de ce mémoire est de se confronter à certaines de ces difficultés pour tenter d'établir la relation entre le comportement thermique d'un composite bois-polymère et l'influence des paramètres tels que le taux de charges, l'orientation et le changement de température sur l'évolution des propriétés thermophysiques, et cela on déterminant les conductivités thermiques apparentes des composites étudiés et la création d'un modèle simplifié afin de simuler un cycle de rotomoulage, en tenant compte du changement de phase. On vise ici le rotomoulage comme procédé de mise en forme afin de simuler tous les phénomènes de transfert de chaleur, et cela pour un composite bois-polymère dont la variation des paramètres cités précédemment (taux de charge, l'orientation et la distribution de taille) sera maitrisée. Dans un premier temps, le travail consiste donc à développer un modèle de simulation pour prédire le comportement thermique d'un composite bois-polymère. Par la suite, il faudra déterminer l'influence du taux de charge sur l'évolution des conductivités thermiques en fonction de la température, à l'état solide et à l'état fondu de la matrice polymère. Ceci se fera en comparant les résultats entre la simulation et les résultats expérimentaux. La deuxième partie du projet consiste à prédire le comportement de ce composite avec un modèle thermique simplifié, pour un procédé de rotomoulage en tenant compte des paramètres essentiels et de voir aussi l'influence de toutes données qui peuvent être modifiées dans le but d'optimiser le cycle, de suivre l'évolution des températures dans les différentes couches de polymère/composite ainsi formé, au niveau du four et de l'air interne, de la température en chaque instant du cycle thermique, à différents temps de chauffe, etc. La dernière partie de ce mémoire discutera de tous les résultats obtenus et de conclure sur la validité du modèle de simulation dans le cas des calculs de conductivités thermiques et la modélisation du cycle de rotomoulage.

Lorsqu'une structure en béton est soumise à des sollicitations du type séchage ou hautes températures, différents mécanismes interviennent aux différentes échelles d'étude possibles de ce matériau, induisant le comportement global de la structure. Deux mécanismes sont ici distingués : les gradients (hydriques ou thermiques) à l'échelle macroscopique et les incompatibilités de déformations pâte de ciment/granulat à l'échelle mésoscopique. Les travaux présentés visent à déterminer l'effet de ces deux mécanismes. Les simulations réalisées sur le logiciel aux Eléments Finis Cast3M montrent ainsi l'apport d' "essais virtuels" en complément des expériences réelles pour permettre la séparation et la quantification des différents mécanismes intervenant dans la dégradation des propriétés mécaniques. Ces travaux s'appuient sur l'association des deux approches mésoscopique et macroscopique, utilisant deux maillages différents, homogène (considérant une phase unique, le béton) et hétérogène (considérant les deux phases pâte de ciment et granulats). L'influence du modèle mécanique adopté lors des simulations sur l'endommagement et la chute des propriétés mécaniques est également étudié.

Les REFIOM (Résidus d'Epuration des Fumées d'Incinération des Ordures Ménagères) issus de l'incération des déchets ménagers contiennent des métaux lourds comme le plomb ou le cadmium et sont en France uniquement stockés en centre d'enfouissement technique de classe 1 pour dangereux, en étant stabilisés par une vitrification. Afin de trouver des solutions pour le stockage ou la valorisation à long terme des REFIOM sans danger pour l'environnement, nous avons ciblé les vitrocéramiques et les céramiques frittées à hautes températures et hautes pressions. Nous avons utilisé des méthodes de la minéralogie physique par l'intermédiaire de synthèses à hautes températures, de synthèses à hautes températures et à hautes pressions en autoclave à chauffage externe, d'observations en microscopie électronique à balayage, de microanalyses chimiques EDX (Energy Dispersive X-Ray spectrometry), d'analyses en microsondes, de caractérisation structurale par diffraction de rayons X et d'expériences de lixiviation dynamique. Nous avons mis au point des protocoles de synthèses et d'analyses. Par ce biais, nous constatons pour les vitrocéramiques que le plomb ou le cadmium sont incorporés dans des cristallites et dans des nouvelles phases cristallines, eux-mêmes englobés dans une matrice vitreuse. Cette voie dite "double barrière" (cristaux + verre) semble prometteuses pour l'immobilisation du plomb et du cadmium (au regard des analyses EDX et des expériences de lixiviation). Pour les céramiques frittées, comme pour les SYNROC (SYNthetic ROCk) synthétisées pour les déchets nucléaires, de nouvelles phases cristallines incorporant Pb et Cd sont observées et seraient a priori résistantes pour le stockage de ces éléments toxiques. Dans ces deux cas de nouveaux matériaux capables d'incorporer massivement du plomb et du cadmium ont été mis en évidence. Des tests de durabilité permettront d'envisager une valorisation éventuelle de tels matériaux