La présente étude se penche sur la conception et les essais d'un capteur de contraintes pour de la glace. A l'heure actuelle, un grand nombre de capteurs de ce type existent, mais leur conception ne les rend pas amovibles et ne permet pas à l'utilisateur de les déplacer pour effectuer des mesures à un autre endroit. Celui-ci doit donc se contenter de mesures de contraintes en quelques endroits d'un couvert de glace, et n'a pas accès aux mesures sur l'ensemble du couvert. Ce projet a donc pour but de concevoir un nouveau capteur amovible et dont la durée d'une mesure serait raccourcie. Pour cela, un concept de capteur issu des techniques employées pour des forages a été adapté. Le propos de ce mémoire est de construire une première version sur ce capteur, dont les essais et les connaissances acquises permettraient de réaliser une deuxième version éventuellement exploitable sur le terrain. Après une recherche bibliographique permettant de comprendre les défauts des capteurs actuels et de connaître les propriétés mécaniques de la glace, la phase de conception du capteur est expliquée, ainsi que les choix retenus pour le fabriquer. La phase d'expérimentation est ensuite décrite, avec une partie consacrée à l'étalonnage, puis à la conception du système d'essai. Enfin, les résultats des essais sont présentés, avec leur analyse et des recommandations.

Les microtechnologies permettent aujourd'hui de réaliser différents types de capteurs dont un domaine d'application émergeant est la caractérisation électrique et mécanique des cellules biologiques pour la détection précoce de pathologies. <br /><br />Dans ce contexte, le but du travail présenté est de proposer un capteur de force dont l'axe sensible se trouve dans le plan, et dont l'information de sortie soit une grandeur électrique. Les structures conçues mettent ainsi à profit l'effet piezo-résistif au sein de jauges en silicium, dont l'architecture a été spécialement mise au point pour obtenir des sensibilités de l'ordre de 10 N-1 sur cet axe.<br /><br />La modélisation et l'optimisation des performances ont conduit à la fabrication de jauges d'architecture compacte et originale réalisées sur deux niveaux de polysilicium implanté de bore, et encapsulé dans trois couches de nitrure peu contraint, le tout implémenté sur une couche de SOI. Le procédé de fabrication a été spécialement mis au point. Par ailleurs, l'influence de l'erreur d'alignement entre la jauge et la poutre d'épreuve a été étudiée et vérifiée lors des tests.<br /><br />Les sensibilités obtenues avec des jauges de 170 ?m de long et 6,5 ?m de large sont de l'ordre de 30.10-6 ?N-1. Les applications mettant en œuvre ce type de dispositif sont nombreuses et les performances, comparables aux leviers AFM, font de cette configuration de jauge une structure à fort potentiel pour être utilisée pour d'autres applications.

Reproduction de : Thèse doctorat : Génie civil : Reims : 2007. / Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 155-165.

Nous explorons la structure des vides dans une déformation massive de la théorie de Yang-Mills maximalement supersymétrique en quatre dimensions. Sur un espace-temps topologiquement trivial, la théorie des orbites nilpotentes dans les algèbres de Lie rend possible le calcul exact de l'indice de Witten. Nous en donnons les fonctions génératrices pour les algèbres classiques, et recourons à un calcul explicite pour les exceptionnelles. Après compactification sur un cercle, un lien entre les théories de jauge supersymétriques et les systèmes intégrables est exploitable pour réduire la chasse aux vides à une extrémisation du hamiltonien de Calogero-Moser elliptique twisté. Une analyse soigneuse des propriétés globales du groupe de jauge et des opérateurs de ligne est nécessaire pour obtenir un accord parfait. En combinant exploration numérique sur ordinateur et contrôle analytique grâce à la théorie des formes modulaires, nous exhibons la structure des vides massifs pour des algèbres de rang petit, et mettons en évidence de nouvelles propriétés modulaires. Nous montrons que des branches de vides de masse nulle existent, et nous en donnons la structure exacte pour les algèbres de rang deux. / We investigate the vacuum structure of a massive deformation of the maximally supersymmetric Yang-Mills gauge theory in four dimensions. When the topology of spacetime is trivial, the Witten index can be computed exactly for any gauge group using the theory of nilpotent orbits in Lie algebras. We provide generating functions for classical algebras and an explicit calculation for the exceptional ones. Upon compactification on a circle, one can use a bridge between supersymmetric gauge theories and complex integrable systems to reduce the analysis of vacua to the search of extrema of the twisted elliptic Calogero-Moser Hamiltonian. A careful inspection of global properties of the gauge group and line operators are needed to reach total agreement. Using a combination of numerical exploration on a computer and analytical control through the theory of modular forms, we determine the structure of massive vacua for low-rank gauge algebras and exhibit new modular properties. We also show that massless branches of vacua can exist, and provide an analytic description for rank two gauge algebras.

Les récentes normes environnementales et les demandes de réduction des émissions et de consommation de carburants des moteurs essence exigent de nouvelles stratégies de combustion par lesquels le mélange air/essence devrait être méticuleusement commandé en temps réel par un capteur de pression. Le contrôle de la pression cylindre est une technologie principale qui permet une coordination optimisée du mélange air/carburant, et la recirculation des gaz d'échappement par la rétroaction de contrôle. A ce jour, la mesure de pression cylindre en temps réel n'est pas fournie même sur les voitures récentes. Jusqu'à présent cette mesure a été mise en application sur des moteurs spécifiques pour le développement d'applications particulières telles que le contrôle moteur. Plusieurs obstacles empêchent l'intégration des capteurs de pression sur les nouveaux moteurs; le coût de production élevé de ces dispositifs et leurs implémentations complexe sur les moteurs standards retarde leur développement.Le capteur de pression GCS™ (Gasoline Combustion Sensor) est un capteur non-intrusif de pression cylindre intégré dans une bougie d'allumage qui a un accès direct à la chambre de combustion. Il répond aux contraintes d'intégration automobile, de performance et de fiabilité, et permet la mesure de pression jusqu'à 200bar et du cliquetis. Ce type de capteur permet le suivi de combustion en temps réel exigé pour la combustion par auto-allumage par laquelle la rétroaction rapide des événements de combustion permet la gestion étincelle/carburant dans chaque cylindre. Il agit sur l'allumage aussi bien que sur l'injection pour optimiser la combustion et réduire la consommation de carburant d'environ 1.4% et les émissions de polluants d'environ 10%.La présente thèse concerne le développement d'un capteur de pression fiable et bas-cout qui sera une condition de base pour les prochaines générations de moteurs. Cette étude concerne deux types d'éléments sensibles différents. L'un est basé sur une céramique piézoélectrique, et l'autre comporte un système piézo-résistif de jauges de contraintes sérigraphiées sur l'isolant céramique de la bougie d'allumage. Durant cette analyse, des problèmes mécaniques ont été soulignés et une section a été consacrée pour résoudre le problème de transmission de pression à l'élément sensible réduisant les bruits mécaniques notamment. Différents concepts mécaniques ont été développés et regroupés sous plusieurs familles, dont deux catégories ont été retenues pour la suite du développement.Le premier chapitre décrit le projet d'un vue globalement, les caractéristiques du capteur et le principe de mesure. Le second chapitre se rapporte à l'élément sensible et la description des technologies utilisées. Le développement mécanique du corps d'épreuve du capteur basé sur un élément sensible piézoélectrique sera présenté en détail dans le troisième chapitre. Le quatrième chapitre comprend la caractérisation des deux types de capteurs piézoélectriques et piézo-résistifs. Le cinquième chapitre décrit le traitement du signal issu de l'élément sensible et le packaging du capteur. Le dernier chapitre présente une perspective d'optimisation du dispositif. / Recent environmentally-friendly norms and global demands for lower emissions and lower fuel consumption on gasoline engines require innovative combustion strategies, whereby air/fuel mixture should be meticulously controlled through a real time pressure feed-back sensor. In-cylinder pressure control has shown to be a key technology that enables an optimized coordination of an air/fuel mixture, and exhaust gas recirculation through closed loop control.Nowadays real time in-cylinder pressure measurement is not provided on passenger's cars. Thus far it has been implemented on specific engine for development of particular applications such as engine control. Several obstacles prevent the integration of pressure sensors on new engines such as high production cost of this device and its complex implementation on a standard engine. The Gasoline Combustion Sensor™ (GCS) is a non-intrusive in-cylinder pressure sensor integrated into a spark plug which has direct access to the combustion chamber. It answers the automotive integration constraints performance and reliability and allows in-cylinder pressure measurement up to 200bar, knock and misfiring detection.Such sensors allow for combustion follow-up in a real-time direct mode required for auto ignition combustion whereby fast feedback of combustion events enables fine tuning and individual cylinder spark/fuel management. It operates on the ignition as well as on the injection to optimize the combustion and reduce fuel consumption by an average of 1.4% under steady-state conditions, which will reduce harmful emissions by about 10%. The present thesis relates to the development of a low-cost pressure sensor which will be a basic requirement for future engine generations. It consists on two different sensing element types, one is based on piezoelectric ceramic, and the other comprises piezo-resistive strain gauge system directly embedded on the ceramic insulator. During this analysis, mechanical problems have been emphasized and a section was dedicated to resolve the problem of the pressure transmission to the sensing element reducing structure-borne noise on the sensor. Different mechanical concepts have been developed, where two categories have been selected.Chapter one describes the project in a global overview including sensor specifications and sensing principle, chapter two relates to the sensing element materialization including technology description. Proof body development based on piezoelectric sensor will be presented in detail in chapter three, while chapter four contains device characterization of both sensor types piezoelectric and piezo-resistive. Chapter five describes the signal processing and sensor packaging, and chapter six gives an optimization perspective of the device.

La théorie des cordes est un de nos meilleurs candidats pour une théorie quantique de la gravité. A ce jour elle n'a pas encore été conclusive à propose de ce sujet. Malgré cela, on a réalisé qu'on peut en tirer des informations sur tout une variété de sujets, dont notamment les théories de jauges supersymétriques, en étudiant la limite de basse énergie dans le volume d'univers des branes. Cette immersion des théories de jauges en théorie des cordes nous fournit un autre point de vue. Ce dernier nous permet souvent de prendre une approche plus géométrique pour obtenir de nouveaux résultats sinon inaccessible par des méthodes plus conventionnelles. Même en absence de vérification expérimentale de la supersymétrie, sa présence dans cette classe de théories de jauge nous fournit un terrain de jeux propice pour tester de nouvelles méthodes d'une manière efficace. En effet, la présence de la supersymétrie donne une structure additionnelle qui rend la théorie plus rigide. Cela simplifie les calculs et rend des résultats plus accessibles. On peut oser de dire que si on n'arrive pas à calculer un certain résultat en présence de supersymétrie, il y a très peu de chance d'y arriver sans. L'approche par la théorie des cordes le rend possible de découvrir des symétries cachées ou de comprendre des symétries connues d'une autre manière.Une classe de théories quantique intéressantes qui sont présentes en théories des cordes, c'est les théories de petites cordes. Ces dernières ont été découverte il y a deux décennies. Ces théories en six dimensions ont été construite une première fois comme théories dans le volume d'universe de branes NS5 dans le cadre de la théorie des cordes IIB en prenant la limite du couplage de la corde qui tend vers zéro. Dans cette limite, la théorie résultant reste non-trivial mais les interactions en dehors de la brane sont supprimées, notamment la gravité. Comme le nom le suggère, ces théories contiennent des cordes qu'on appelle petites cordes. La tension des petites cordes est proportionnelle à l'échelle naturelle de la corde. En plus, ces théories profitent de la T-dualité comme les théories de cordes critiques. Elle sont donc des théories quantiques non-locales. Leur complexité se situe entre celle des théories quantiques locales et celle de la théorie des cordes complète. Elles sont donc des candidates intéressantes pour étudier la dynamique dans le volume d'univers de la brane NS5. Pour des énergies inférieures à l'échelle de la corde, elles ont une description en termes de théories de jauges symétriques de type quiver. On peut donc également obtenir des informations sur ces dernières. Cette description locale n'est plus valable une fois l'échelle de la corde atteinte.Le but principal de cette thèse est d'étudier des dualités entre le théories de petites cordes en utilisant différentes constructions disponible en théorie des cordes. Cela nous permet d'attaquer le problème d'angles différents et de faire un lien avec des structures géométriques. En conséquence on peut analyser différentes relation parmi les théories de petites cordes. On confirme ensuite la validité des dualités qu'on obtient en utilisant la fonction de partition instantonique. Cet object est complètement non-perturbative et établit ces dualités comme résultat exact. Cette structure de dualités s'étend naturellement aux descriptions de basse énergie en terme de théories de jauges supersymétriques. De plus, on étudie les conséquences directes du réseaux de dualités qu'on a découvert. / String theory remains one of our best candidates for a theory of quantum gravity. Until now it has not lived up to this goal. However, along the way it was realized that string theory can give us valu-able insights into a variety of subjects among which supersymmetric gauge theories by studying the low-energy worldvolume dynamics of branes. This embedding of gauge theories into string theory provides us with a different viewpoint that often allows us to use powerful geometric considerati-ons in order to obtain new results that are inaccessible from conventional methods. Even in the ab-sence of experimental confirmation of supersymmetry, its presence in this class of gauge theories provides us with a playground where different methods can be tested in an efficient way. Indeed, supersymmetry provides additional structure, rendering the underlying theory more rigid and thus simplifying computations and making results more accessible. One could dare to say that when a certain result can not be calculated in the presence of supersymmetry, there is probably not much hope of achieving it without supersymmetry. This stringy approach to gauge theories makes it pos-sible to unravel hidden dualities or to understand already known ones from a different perspective. An interesting class of quantum theories that are embedded into string theory are the so called little string theories. They have been discovered two decades ago. These six-dimensional theories were first obtained as the worldvolume theory of a stack of NS5 branes in the context of Type II string theory trough a particular decoupling limit that sends the string coupling constant to zero while kee-ping at the same time the string scale finite. In this limit, the resulting theory remains interacting but the bulk dynamics is decoupled, in particular gravity. As their name suggests, they contain strings. The tension of the little strings is proportional to the string scale, which is the only intrinsic scale in the theory. Furthermore, the little string theories enjoy T-duality similar to the critical string theory. They are thus non-local quantum theories. So the complexity of little string theory lies between that of local quantum field theories and full fledged critical string theory. This makes them interesting candidates for studying stringy phenomena in an easier setup where gravity is absent and to learn more about the worldvolume dynamics of the NS5 brane. At energies far below the string scale, they have a low-energy description in terms of quiver gauge theories, so their study can also give us insights into these kinds of theories. This local description breaks down as we reach the string scale and we must rely on the full little string theories. The main goal of this thesis is to study dualities between little string theories by using different dual constructions available in string theory. These allow us to attack the problem from different angles and they establish also a connection to geometric structures. This makes it possible to systematically analyse relations among different little string theories. We then confirm the validity of the newly found duality relations by using the so called instanton partition function. The latter is a completely non-perturbative object allowing us to establish the dualities as an exact result. This duality structure naturally extends to the low-energy description in terms of supersymmetric quiver gauge theories. Furthermore, we study the direct consequences of this duality web. We find interesting cases where the dimensional reduction from six to five dimensions simultaneously reduces the rank of the group and changes the matter content. Another result that we find is the presence of a hidden dihedral symmetry which acts in a highly non-trivial fashion on the spectrum of the underlying gauge theories.

Ce mémoire de maîtrise présente une étude préliminaire pour comprendre comment réaliser l'analyse modale d'une turbine hydraulique de type Francis. Au cours du projet Tr-Francis, il est prévue de réaliser des mesures de déformations et de réaliser une analyse modale à l'aide de jauges de déformation collées sur la turbine lors de son fonctionnement. Pour ce faire, il est nécessaire de comprendre comment installer les jauges de dé- formation sur la turbine. Tout d'abord, des expérimentations ont été réalisées afin de comprendre les raisons pour lesquelles les jauges de déformation ne fonctionnent pas sous l'eau. Différentes technologies de jauges de déformation et différents produits de protections ont également été testés. Il est également nécessaire de comprendre comment réaliser une analyse modale à partir de mesures de jauges de déformation. Sumali à développée une nouvelle méthode d'analyse modale par mesure de déformation sur une poutre. A travers ce mémoire, cette méthode est étendue pour réaliser l'analyse modale d'un anneau. La méthode est tout d'abord prouvée mathématiquement puis à l'aide d'une simulation numérique. Finalement, en excitant un anneau instrumenté de jauges de déformations avec un marteau d'impact puis avec un piézo-actionneur, la fonctionnalité de la méthode est prouvée. / This Master's thesis presents a preliminary study to understand how to perform the modal analysis of a Francis hydraulic turbine. During the Tr-Francis project, it is planned to carry out deformation measurements and perform a modal analysis using strain gauges bonded to the turbine during its operation. It is then necessary to understand how to install the strain gauges on the runner. Experiments were conducted to understand why the strain gauges have a limited lifetime underwater. Different strain gauge technologies and different protection products have also been tested. It is also necessary to understand how to perform a modal analysis from strain gauge measurements. Sumali has developed a method to perform modal analysis using deformation measurement on a beam. Through this thesis, this method is extended to perform the modal analysis of a ring. The method is first developped and then validated using numerical simulations. The method is first proven mathematically and then using a numerical simulation. Finally, by exciting an instrumented ring of strain gauges with an impact hammer and then with a piezo-actuator, the functionality of the method is proven.

De nouvelles applications émergent avec le développement de l’électronique souple comme des panneaux tactiles pliables, ou des capteurs de mouvement humain portables (wearable). Les technologies bien maîtrisées des jauges silicium sont mal adaptées à ces usages (faible élongation maximale, hautes températures de fabrication). Dans ce contexte, il est nécessaire de développer de nouveaux types de jauges. De nombreuses alternatives sont étudiées, qu’on peut diviser en deux catégories principales : les transducteurs nanoscopiques et les transducteurs composites. Dans ce travail, on étudie la possibilité d’utiliser une jonction tunnel MIM (Métal Isolant Métal) comme jauge de contrainte. Ce genre de dispositif est très peu étudié dans la littérature et la structure utilisée est généralement de type MIS (Métal Isolant Semi-conducteur). À chaque fois, la sensibilité du dispositif est expliquée par les propriétés du semi-conducteur (silicium). Les objectifs de cette thèse sont donc la compréhension des propriétés piézorésistives des jonctions MIM, l’optimisation de leur sensibilité et la fabrication d’un démonstrateur exploitant les technologies de la plastronique. Des jonctions de différentes natures (électrodes de différents métaux) sont fabriquées par évaporation et par ALD (Atomic Layer Deposition). La variation du courant en fonction de la contrainte est mesurée grâce à un banc de flexion. Le facteur de jauge associé est indépendant de la nature des électrodes mais varie fortement (de 40 à 75) en fonction du sens de polarisation de la jonction. Le facteur de jauge associé à la variation sous contrainte des paramètres géométriques (épaisseur et surface) est calculé mais reste inférieur à 13. Les phénomènes géométriques ne peuvent donc pas expliquer la sensibilité observée. L’étude de l’équation du courant Fowler Nordheim (identifié comme courant dominant dans nos jonctions) montre que cette sensibilité doit être associée à la variation sous contrainte de la hauteur de barrière aux interfaces métal/isolant, et/ou de la masse effective des électrons dans l’alumine. Des mesures de photoémission sont réalisées pour mesurer la hauteur de barrière des jonctions. À terme, cette méthode pourrait permettre de mesurer la variation sous contrainte, et donc de comprendre pleinement l’origine de la sensibilité des jonctions MIM. Pour finir, un démonstrateur intégrant des jauges MIM à effet tunnel (capteur de pression) est réalisé avec un substrat souple en polyimide rigidifié par une structure imprimée en 3D. Ce dispositif démontre la compatibilité des méthodes de fabrication des MIM avec les technologies souples et plastiques. / New applications are emerging with de development of flexible electronic like flexible touch panels and wearable movement sensors. The well mastered silicon technologies are ill adapted to these uses (low maximal elongation, high fabrication temperatures). In this context, it is necessary to develop new types of strain gauges. Numerous possibilities have been studied that can be divided in two main categories: nanosomic transducers and composite transducers. In this work, we study the possibility to use a MIM (Metal Insulator Metal) tunnel junction as strain gauge. This kind of structure is very unusual in the literature were the only similar article are based on MIS (Metal Insulator Semiconductor) junctions. The objectives of this thesis are thus the understanding of the piezorisistive properties of MIM structures, the optimisation of their sensitivity, and the realisation of a sensor prototype exploiting plastonic technologies.

NIL

La mesure des déformations de la microstructure est importante pour l’étude des propriétés et le contrôle des structures. Nous proposons deux approches nouvelles de caractérisation de déformations nanométriques. Elles utilisent des nanoparticules (NPs) d’or déposées à la surface des matériaux. Dans la première approche, les réseaux de NPs sont déposés par lithographie électronique. Lors d’essais de traction uniaxiale dans un microscope électronique à balayage les images prises à de chargements successifs permettent de suivre le déplacement de NPs qui jouent le rôle de nanojauges. L’analyse des champs cinématiques obtenus à partir des images MEB révèle des phénomènes de plasticité au sein de la microstructure et les hétérogénéités de déformations. La méthode a été appliquée aux aciers inoxydables austénitique et duplex austéno-ferritique. Elle a été couplée à la technique de diffraction des électrons rétrodiffusés. Les mécanismes de déformations locaux ont été mis en évidence. Dans la seconde approche, nous essayons de tirer parti des propriétés optiques de NPs afin de suivre l’évolution de déformations à la surface des matériaux. Les NPs supportent un plasmon localisé de surface dont la résonance est fonction de la taille, de la forme des NPs ou de l’indice optique du milieu environnant. Sa position spectrale dépend aussi de la distance inter-NPs. Notre étude a été limitée à des polymères. Un dispositif permettant de réaliser les mesures d’extinctions au cours de la traction a été développé. Les premiers essais constituent la preuve expérimentale de ce concept / The strain measurement at the microstructure is important for the properties study and structure control. We propose two new approaches of strain characterizations at nanoscale. They are based on the use of gold nanoparticles (NPs) arrays deposited on the surface of materials.In the first approach, arrays of NPs are deposited by the electron beam lithography technique. During in situ tensile test inside a scanning electron microscope, the images of the array are progressively recorded. The treatment of these images gives access to 2D strain tensor components and NPs played the role of nanogauges. The strains at components of the microstructure and the heterogeneities of plastic deformations are evidenced. This method was coupled to the electron backscatter diffraction technique. The local deformation mechanisms can then be highlighted. In the second approach, we try to take advantage of optical properties of gold NPs to track the strain evolutions at the surface of materials. Gold NPs support localized surface plasmon that resonance is function of size and shape of NPs or of the surrounding medium. In addition, plasmon resonance also depends to NPs separation. We therefore sought to determine whether the displacements of NPs during tensile test may be monitored optically. The study was limited to the case of polymers. An experimental set up was developed to carry extinction measurement during a tensile test. These first tests constitute experimental proof of this concept. The spectral variations were analyzed to determine the performance of the optical strain-sensor proposed