Les récentes découvertes et avancées technologiques dans la compréhension des matériaux ainsi que l'essor des outils informatiques d'aide au calcul ont contribué à la prolifération de matériaux intelligents avec un champ d'applications très large. Cette thèse s'inscrit dans le contexte d'utilisation des actionneurs piézoélectriques plutôt qu'une vision purement matériau. Le but est d'enrichir les bibliothèques de modèles de ces types d'actionneurs afin de faciliter leur prise en compte dans les phases de conception des systèmes complexes les intégrant. Le cahier des charges est que ces modèles incluent le plus possible les non-linéarités tout en restant aisés d'utilisation. Pour atteindre ces objectifs, nous proposons de faire un pont entre le domaine des experts des matériaux et celui de l'ingénieur en suivant une méthodologie claire. Dans un premier temps nous passons en revue les approches existantes dans la littérature ainsi que les solutions offertes par certains logiciels commerciaux. Une analyse des équations constitutives de la piézoélectricité associées aux conditions de fonctionnement de l'actionneur nous permet d'en déduire un premier modèle analogique. Ce dernier est ensuite traduit en bond graph pour en déduire des modèles blocs-diagramme. En plus de cet effort de formalisation, ces premiers modèles se distinguent de ceux proposés par les logiciels commerciaux en prenant mieux en compte la dynamique propre à l'actionneur. Nous proposons deux types de modèles. L'un rend uniquement compte du premier mode de résonance alors que le second rend compte de deux modes de résonance. Ensuite nous proposons des modèles prenant en compte les non-linéarités : l'approche de Preisach pour la modélisation de l'hystérésis statique et l'approche de Voigt dans le cas dynamique. Ces deux approches sont ensuite fusionnées dans le but d'avoir un model plus complet.

Les liquides magnétorhéologiques sont des suspensions de particules magnétiques micrométriques dans des liquides amagnétiques. Lorsqu'un tel liquide est exposé à un champ magnétique, les particules s'agrègent sous la forme de "chaînes" qui augmentent de façon importante la résistance à l'écoulement. Dans ce mémoire de thèse, on présente la conception d'un frein discoïde à liquide magnétorhéologique et sa caractérisation dans deux cas de fonctionnement. Dans le premier, l'axe décrit des triangles de vitesse lentement variables à courant constant, ce dernier étant varié à l'arrêt entre deux triangles. On a pu observer que le couple doit typiquement croître jusqu'à un seuil pour que la rotation s'amorce, puis qu'il "chute" avant de croître de nouveau tandis que la vitesse augmente. On a également remarqué que les seuils de couple mesurés aux premiers triangles après les variations du courant sont différents de ceux mesurés aux triangles suivants, qui se repètent. Une modélisation du frein a été proposée, valable uniquement pour le courant maximum admissible et dans le cas où l'axe a déjà décrit au moins un triangle de vitesse. Cette modélisation, élaborée en utilisant le formalisme Graphe Informationnel Causal (G.I.C.), permet de rendre compte de l'évolution du couple à l'amorçage de la rotation pour le premier triangle de vitesse, mais pas pour les suivants. Dans le second cas de fonctionnement, le frein est alimenté en courant lentement variable à vitesse constante. Différents relevés de l'hystérésis du couple en fonction du courant ont été obtenus. On a pu rendre compte précisément de ces derniers sur la base d'un modèle Eléments Finis 2D du frein et d'un modèle de comportement hystérétique pour l'acier.

Un solide peut être recouvert d'un film mince de liquide quand celui-ci est retiré à vitesse constante en dehors du liquide. Ce processus d'enduisage par trempage a été initialement étudié par Landau et Levich. Dans le cas du mouillage partiel, il y a une vitesse seuil en dessous de laquelle le ménisque est stable et le solide reste sec. Nous étudions la transition de mouillage dynamique entre les deux états : à petite vitesse, un ménisque stable, à haute vitesse l'entraînement d'un film liquide. Il a été prédit qu'une ligne de contact devient instable pour une valeur du nombre capillaire supérieure à une valeur critique Cac et qu'une modulation périodique de la ligne de contact relaxe alors en un temps infini. Au cours de nos expériences, l'entraînement du liquide apparaît pour un nombre capillaire Ca* inférieur à Cac. Le comportement critique attendu à Cac est alors évité. On observe alors une relaxation de la ligne de contact en un temps fini. La vitesse seuil coïncide exactement avec la vitesse que connaît la ligne de contact au-delà de la transition. L'apparition de cette transition prématurée est expliquée par la nucléation d'un bourrelet capillaire qui se propage à l'intérieur du film liquide. Les caractéristiques du bourrelet déterminent la vitesse seuil d'entraînement du liquide. Les observations sont comparées avec un modèle hydrodynamique multi-échelles.

Utilisés dans de nombreux domaines, les matériaux piézoélectriques sont régulièrement soumis à des sollicitations externes ou internes qui modifient leurs propriétés. Dans le but de prévoir et d'anticiper ces altérations, ce travail étudie les propriétés de matériaux piézoélectriques soumis à une contrainte statique de type mécanique ou électrique. Dans un premier temps, nous développons les équations du mouvement d'un matériau piézoélectrique (non hystérétique) au second ordre, en tenant compte à la fois des déformations dynamiques occasionnées par le passage de l'onde, mais aussi des déformations statiques concomitantes à la présence de contraintes. L'étude numérique des vitesses en onde plane et du coefficient de couplage est faite sur un matériau de référence (le niobate de lithium), dans différents plans de coupe et dans les différents systèmes de coordonnées (naturel et prédéformé). Ainsi, on évalue dans quelles configurations l'application d'une contrainte externe de type électrique ou mécanique améliore ou dégrade les propriétés du matériau. Dans une seconde partie, nous caractérisons les comportements hystérétiques de piézocéramiques sous contrainte (uniaxiale) mécanique et électrique en modélisant l'évolution des polarisations et déformations rémanentes microscopiques via les mouvements de murs de domaines. La comparaison des résultats numériques avec des évolutions issues de la littérature de 4 piézocéramiques nous permet de définir le domaine de validation de nos hypothèses et d'expliciter les comportements hystérétiques de piézocéramiques dites " dures " et " molles ". L'étude de l'évolution des constantes du matériau a permis de mettre en avant des comportements propres aux différents types de piézocéramiques ainsi que les avantages et limites de notre modèle. Dans une dernière partie, nous mettons en place un dispositif expérimental de mesure de déformations (longitudinale et transversales), ainsi que du déplacement électrique de deux piézocéramiques (une molle, le Pz21, et une dure, le Pz26) et du niobate de lithium sous contrainte mécanique (uniaxiale). Ces résultats nous ont permis de dimensionner notre étude sur le niobate de lithium et apportent une meilleure compréhension de l'évolution des déformations transversales dans les piézocéramiques.

Ce manuscrit présente une double contribution expérimentale et théorique à l'étude des matériaux de type phase de Haucke AB5 substituée. Ces composés peuvent absorber l'hydrogène de manière réversible dans des conditions de pression et de température satisfaisantes pour de nombreuses applications technologiques dont le stockage de l'hydrogène.<br /><br />La caractérisation thermodynamique de la réaction solide-gaz a été réalisée pour des composés mono et polysubstitués. Dans le respect de bonnes conditions de croissance (décomposition) de la phase hydrure, nous avons cherché à déterminer les trajectoires thermodynamiques permises au cours des différentes transformations. Nous avons démontré expérimentalement que l'état d'avancement et la hiérarchie des points mémoires sont les seuls paramètres permettant de décrire une loi de comportement liée au caractère irréversible de l'hystérésis. Ces systèmes évoluent en mode « statique », indépendant du temps et quelle que soit la nature du composé hôte.<br /><br />De plus, l'étude par méthode ab initio de la structure électronique a permis de mettre en évidence le rôle des éléments de substitution ANi5 (A=La, Y, Ca) et LaNi5-xMx, où M est un élément de type s-p (Al, Si, Ge, Sn), de type s (Cu), ou un élément de transition (Mn, Fe, Co). Tout en dissociant l'aspect géométrique, le rôle de l'interaction chimique avec l'hydrogène a été analysé. Ces résultats ont permis d'identifier les facteurs qui contrôlent la stabilité des hydrures et leur capacité maximum d'absorption. Les modules de rigidité de ces matériaux ont été calculés et leur variation a été discutée en relation avec les propriétés d'absorption d'hydrogène

Cette thèse porte sur la force de résistance au mouvement à faible vitesse d'un objet (sphère, cylindre ou disque) dans un empilement de grains dense et sec. Des expériences ont été menées sur deux dispositifs permettant un mouvement à vitesse contrôlée, en s'intéressant à l'influence des tailles des objets et des grains, des conditions aux limites de l'empilement, de la gravité, et d'une éventuelle vibration de l'empilement. Dans un premier dispositif expérimental permettant un mouvement vertical, nous avons consacré une partie importante de ce travail à l'étude de la forte asymétrie de la force lors de cycles de pénétration/extraction d'un cylindre horizontal et d'une sphère. Pour tenter de comprendre l'origine de cette asymétrie, différentes conditions aux limites ont été considérées : parois rigides ou souples sur les côtés ou au fond de l'empilement, surface libre ou surmontée d'un couvercle plus ou moins chargé en haut de l'empilement. La longueur caractéristique issue du champ de vitesse des grains autour d'un cylindre a été montrée comme la longueur pertinente à considérer pour le confinement latéral, ainsi que pour les déformations de la surface libre telles que la formation d'un cratère consécutif à la pénétration ou d'une bosse lors de l'extraction. Ces déformations peuvent être retrouvées par intégration d'un modèle de champ de vitesse autour de l'objet. La présence d'un couvercle chargé a par ailleurs permis de mettre en évidence une riche et complexe variété de comportements, notamment en extraction où la force ne diminue plus avec la profondeur de l'objet. Dans un second dispositif permettant le mouvement horizontal d'un gros disque intrus à l'intérieur d'une couche de petits disques photoélastiques vibrés ou non, nous avons mesuré la force globale sur l'intrus et visualisé les distributions de contraintes au sein du milieu granulaire. Au-delà des importantes fluctuations spatio-temporelles, des valeurs moyennes de force sur l'intrus et des tenseurs locaux de contraintes et taux de déformations autour de l'intrus ont pu être obtenus, dans la perspective d'établir une loi de comportement locale pour le milieu. La vibration de la couche de grains a été montré pouvoir changer considérablement la dépendance de la force avec la vitesse de l'intrus, avec un effet de fluidification du milieu.

L'objet de la présente thèse était d'examiner les caractéristiques de complexité et de dynamique du momentum psychologique (MP) en sport. Une première série d'études a tenté d'explorer qualitativement (étude 1) et quantitativement (études 2, 3 et 4) ces caractéristiques en situations naturelles de compétitions sportives. L'étude 1 a mis en évidence la richesse des contenus du MP, la diversité de ses mécanismes de déclenchement (dissonance, consonance, perturbation du flux de pensées), ainsi que ses formes de développement au cours du temps (processus d'amplification). Ces résultats témoignent de l'enracinement du MP dans une histoire d'événements signifiante. Les études 2, 3 et 4 ont montré que certains contenus affectifs du MP, tels que l'anxiété compétitive et la confiance en soi, peuvent subir des changements abrupts au cours des phases de MP, ce qui suggère le caractère non linéaire du phénomène. Par conséquent, une seconde série d'études (études 5, 6, 7 et 8) a ensuite été réalisée afin de tester expérimentalement les propriétés potentielles de non linéarité et de dépendance à l'histoire du MP en adoptant l'approche des systèmes dynamiques. Ces études étaient basées sur des scénarios de performance de prise d'ascendant (momentum positif) ou de décrochage (momentum négatif) impliquant des situations d'acteur en position virtuelle (études 5 et 6) ou réelle (étude 7), ou encore des situations de spectateur (étude 8). Le MP est apparu évoluer sous la forme d'un patron d'hystérésis négative (études 5, 6 et 8) ou d'un patron de limite critique décalée (étude 7) dans le sens où le MP négatif se déclenchait plus rapidement que le MP positif. L'hystérésis négative observée chez les spectateurs (étude 8) présentait, quant à elle, une asymétrie évoquant un déclenchement plus rapide du MP positif. Ces résultats attestent des propriétés de non linéarité et de dépendance à l'histoire du MP, montrent l'influence du degré d'implication dans la situation sur sa dynamique et confirment l'hypothèse générale selon laquelle le MP est un phénomène complexe et dynamique. / The present thesis aimed to examine the characteristics of complexity and dynamics of psychological momentum (PM) in sport. A first series of studies attempted to explore qualitatively (Study 1) and quantitatively (Studies 2, 3, and 4) these characteristics in natural situations of sport competition. Study 1 evidenced the richness of PM contents, its mechanisms of emergence (dissonance, consonance, and thought flow disturbance), as well as its forms of development over time (amplification processes). These findings suggest that PM is rooted in a meaningful history of events. Studies 2, 3, and 4 showed that certain affective contents, such as competitive anxiety and self-confidence, can change abruptly during PM phases, which suggests the nonlinear character of PM. Consequently, a second series of studies (Studies 5, 6, 7, and 8) was then conducted in order to experimentally test the potential properties of non linearity and history-dependence of PM through the lens of the dynamical systems approach. These studies were based on ascending (positive momentum) versus descending (negative momentum) scenarios of performance that were virtually (Studies 5 and 6) or actually (Study 7) experienced by actors, or that were seen from the point of view of a spectator (Study 8). Variations of PM displayed patterns of negative hysteresis (Studies 5, 6, and 8) and critical boundary that was lagged so that negative PM was triggered faster than positive PM. The negative hysteresis that was found among spectators (Study 8) displayed an asymmetry that reflected a faster triggering for positive PM. These findings evidence the properties of non linearity and history-dependence of PM, show the influence of the degree of involvement in the situation on PM dynamics, and support the general hypothesis that PM is a complex and dynamical phenomenon.

Ce travail de thèse est dédié à l'étude des effets induits sur des matériaux à effet magnétocalorique géant par impact d'ions lourds. Ces matériaux présentent une transition de phase de premier ordre liée à une forte variation d'entropie potentiellement exploitable pour le développement de systèmes de réfrigération magnétique efficaces. En contrepartie la présence d'une hystérésis thermique et la faible gamme de température utile limitent leur potentiel. Dans ce travail, nous avons exploité les effets spécifiques de l¿impact des ions lourds à basse vitesse pour modifier ces caractéristiques, en engendrant du désordre et en créant des défauts ponctuels. Dans les couches minces d'arséniure de manganèse, qui possèdent une transition de phase magnéto-structurale, nous avons montré que ces défauts agissent comme des centres de nucléation et suppriment l'hystérésis thermique de façon stable dans le temps. En faisant varier les conditions d'irradiation, nous avons pu dégager le rôle fondamental de la densité de collisions élastiques induites par ces irradiations. Les effets des ions sur des couches minces de FeRh, un autre matériau à effet magnétocalorique géant présentant une transition de phase de type métamagnétique, ne permettent pas de supprimer l'hystérésis ce qui souligne l'importance de la présence d¿un changement de phase structurale dans le processus de suppression de l'hystérésis. Par ailleurs, nos investigations révèlent que le contrôle du nombre d'ions par unité de surface impactant l'échantillon permet de moduler la température de transition de phase. Cet effet constitue une nouvelle méthode prometteuse pour les applications. / This work aims to study the effects of slow heavy ions on giant magnetocaloric materials. These materials present a first order phase transition coupled to a strong variation of entropy potentially exploitable for the development of systems of effective magnetic refrigeration. On the other hand, the thermal hysteresis and the small range of working temperatures restrict the use of these materials. In this work, we exploited the specific effects of slow heavy ions impact to modify these characteristics. Ion collisions induce disorder and point-like defects into materials. In manganese arsenide thin films, presenting a magneto-structural transition, we demonstrated that this new defects act like nucleation centers which suppress the thermal hysteresis in a stable way in time. By varying irradiation conditions, we were able to highlight the fundamental role of the density of elastic collisions generated by these irradiations. Effects of ions in iron-rhodium thin films, another giant magnetocaloric material with a metamagnetic phase transition were also studied. In this case, the thermal hysteresis is not suppressed by the ions impact indicating that the phase structural change plays an important role in the reduction of the thermal hysteresis. Furthermore our investigations demonstrated that by controlling irradiation conditions, in particular the number of incident ions on a given sample surface, the temperature of the phase transition can be modulated. This effect is a new promising method for applications.

L’objectif de ce travail est d’étudier les différentes structures d’alimentation et de commande d’actionneurs dédiés aux systèmes embarqués, motorisés par des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) alimentées par des onduleurs de tension. En analysant les avantages et les inconvénients de ces structures, nous choisissons deux structures à puissance segmentée: Une MSAP triphasée alimentée par deux onduleurs à trois bras et une MSAP double-étoile alimentée par deux onduleurs à trois bras. L’autre aspect étudié est la détection de défauts et la reconfiguration de l'alimentation et de la commande pour pouvoir fonctionner en mode dégradé. Pour les défauts circuit-ouvert ou court-circuit d'un transistor d'un onduleur, une ou plusieurs stratégies de commande en mode dégradé sont proposées. Les résultats de simulation et d’expérimentation permettent de valider l’efficacité des méthodes proposées. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude et l’établissement de modèle pour un régulateur hybride de courant à large bande passante sous le nom d’hystérésis modulé. La comparaison de ses performances avec celles d’autres régulateurs est également effectuée. / The objective of this work is to study different structures of supply and control of actuators for the embarked systems, motorized by permanent magnet synchronous machines (PMSM) supplied with voltage source inverters (VSI). By analyzing the advantages and the disadvantages of these structures, we choose two power segmented structures: a three-phase PMSM supplied with two three-leg VSI and a double-star PMSM supplied by two three-leg VSI. The other aspect is the fault detection and the reconfiguration of the supply and command to make possible the operation in degraded mode. For the open-circuit or short-circuit fault of an inverter switch, one or several strategies in degraded operating mode are proposed. The simulation and experimentation results validate the effectiveness of the proposed methods. The last part of this work is devoted to the study and modeling of a large band-width hybrid current controller named "modulated hysteresis". The performances of this controller are compared with the other regulators.

Durant cette thèse, nous avons d'abord développé un dispositif expérimental permettant de mesurer la dynamique de l'angle de contact avec une précision record de 0,01° sur 7 décades de vitesses de la ligne triple, gamme jamais atteinte auparavant. Pour la première fois, la résolution numérique des équations de lubrification a permis de déduire l'angle de contact à l'échelle microscopique de ces mesures macroscopiques, découplant donc le problème hydrodynamique multi-échelles de la physique de la ligne de contact à petite échelle. Avec ces outils, nous avons montré qu'une pseudo-brosse - une couche nanométrique de polymères - peut complètement piloter la dynamique, en produisant des hystérésis les plus faibles jamais mesurées (<0,07° !) et des surdissipations massives provenant de la nature visco-élastique de la couche. Cette étude ouvre la voie à la nano-rhéologie, permettant de sonder la dynamique extrêmement rapide (~100 ns) de polymères confinés à l'échelle nanométrique. Grâce à un travail collaboratif fructueux, nous avons ensuite développé un modèle permettant de décrire quantitativement et de façon unifiée la dissipation hydrodynamique, l'hystérésis et l'activation thermique. Enfin, beaucoup d'efforts ont été fournis pour la fabrication de surfaces aux défauts nanométriques contrôlés en taille, forme et concentration. La dynamique s'est révélée insensible à cette échelle de désordre, la présence des défauts n'affectant que l'hystérésis. Ces résultats ont été interprétés semi-quantitativement avec des lois d'échelle, et la caractérisation complète des défauts devrait permettre à terme de développer des modèles plus quantitatifs. / During this thesis, we first developed an experimental set-up to measure contact angle dynamics with a record precision of 0.01° over 7 decades of velocity of the triple line, a range never before attained. For the first time, numerically solving the lubrication equations has allowed us to deduce the contact angle at the microscopic scale from these macroscopic measurements, and thus enabled the multi-scale hydrodynamic problem to be disentangled from the physics of the contact line at small scales. With these tools we have shown that the dynamics can be completely piloted by a pseudo-brush -a nanometric layer of polymers-, producing the lowest ever reported hysteresis (<0.07°!) and giving rise to a huge source of dissipation originating from the viscoelasticity of the coating. This study points the way towards nano-rheology, to probe extremely fast dynamics (~100 ns) of polymers confined at the nano-scale. Thanks to a fruitful collaborative work, we then developed a model that provides a single quantitative framework to account for hydrodynamic dissipation, hysteresis and thermal activation. Finally, a great deal of effort has been made to produce nano-defects whose size, shape and density are controlled. The dynamics appears to be insensitive to this scale of disorder, and the presence of defects is observed to only modify the hysteresis. These results have been interpreted semi-quantitatively with scaling laws, and we expect that the complete characterization of the defects should eventually allow the development of more quantitative models.