Des industriels du domaine aéronautique se sont regroupés autour du projet MEKINOX (Mécanique Inoxydable) visant à développer l'utilisation de différentes nuances d'aciers inoxydables en raison de leur haute résistance mécanique et de leur résistance à la corrosion. Cependant ces aciers sont réputés sensibles au frottement. Dans ce contexte, ce travail de thèse est dédié dans un premier temps à l'étude de l'effet des différents traitements thermiques et de surface sur la microstructure des aciers inoxydables visant à améliorer leur aptitude au frottement. Nous avons mis en évidence différents mécanismes de durcissement : par précipitation, par changement de phase et par solution solide. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place une démarche expérimentale permettant de comparer la réponse des différents couples de matériaux sous contact roulant et glissant extrêmes. Ces essais nous ont permis de caractériser l'évolution du coefficient de traction et de classer les différents états métallurgiques selon leur résistance à l'usure. Dans un troisième temps, nous avons caractérisé les différents types d'endommagements se produisant en surface et en sous-couche. Enfin, l'utilisation de l'EBSD nous a permis caractériser la déformation plastique en sous couche et de tenter de corréler la valeur de la densité de HAGB (Angles à forte désorientation) avec la résistance à l'usure des différents états métallurgiques des aciers étudiés. / Aeronautics industrials gathered thought MEKINOX project ("Mécanique Inoxydable") in order to develop the use of different stainless steels grades, because both their high strength and corrosion resistance. However, these steels are deemed sensitive to friction. In this context, this thesis is dedicated firstly to study the effect of different thermal and surface treatments on the microstructure of stainless steels to improve their ability to friction. Different hardening mechanisms were observed: precipitation, phase change and solid solution. Secondly, we have implemented an experimental approach for comparing the response of the various materials pairs under extreme sliding and rolling contact. These tests have allowed us to characterize the friction coefficient evolution and classify the different metallurgical materials and treatments according to their wear resistance. Thirdly we have characterized the different types of damage occurring at surface and in the subsurface. Finally, the use of EBSD allowed us to characterize the plastic deformation in the subsurface and to correlate the value HAGB (High Angle Grains Boundaries) density with the wear resistance of the different metallurgical materials and treatments of the examined steels.

No description available.

Synthèses et structures cristallines de nanocomposites polymère/zéolithe obtenus à haute pression. Les nanocomposites polymère/zéolithe forment une classe de matériaux constitués par une chaine de polymère à l’intérieur d’une zéolithe (matériau poreux dont la matrice est principalement formée par des tétraèdres SiO4). Le confinement élevé dans les micropores du matériau stabilise le polymère réactif et améliore les propriétés physiques (électrique, optique,...) tout en permettant leurs exploitations. L’insertion du monomère dans la zéolithe a lieu à haute pression en utilisant une cellule à enclumes de diamant et la polymérisation (suivie par spectroscopie infrarouge) est induite par la pression pour former le polymère confiné dans les pores. Aucune aide externe supplémentaire ou catalyseur n’est nécessaire. Quelques études précédentes ont montré la faisabilité de synthétiser des nanocomposites polymère/zéolithe à partir d’une zéolithe à porosité 3D. Ici on s’intéresse aux zéolithes hôtes à porosité 1D qui, contrairement aux pores tridimensionnels, peuvent induire la formation de chaines polymères linéaires disposant de propriétés directionnelles.Dans cette étude on a travaillé sur la synthèse de polyacétylène/TON et de polycarbonyle/TON, les chaines polymères s’adaptent étroitement avec les pores unidimensionnels de 5.7x4.6 Å de la TON (Theta-1, ZSM-22).La caractérisation par diffraction des rayons X a permis l’affinement de la structure des nanocomposites par méthode de Rietveld et la localisation du polymère grâce aux cartes de différence Fourier, ce qui permet de quantifier le nombre de chaines par maille. Il y en a quatre dans le cas du polyacétylène et une pour le polycarbonyle. Des calculs DFT ont été réalisés dans le cas de la TON, le polyacétylène/TON et le polycarbonyle/TON pour prévoir les propriétés physiques : modification d’un état isolant en semi-conducteur ou métallique. / Synthesis of linear polymer/zeolite nanocomposites under high pressurePolymer/zeolite nanocomposites form a class of materials constituted by polymer chains inside the pores of the zeolite (porous materials with a framework principally built up of SiO4 tetrahedra). Confinement in the microporous material allows reactive polymers to be stabilized, opening the way for the exploitation of their electrical and optical properties. The insertion of monomers in the zeolite takes place in a diamond anvil cell under high pressure, which induces polymerization (monitored by infrared spectroscopy) without any external assistance, avoiding the use of unwanted catalysts. The use of a zeolite host with unidirectional porosity, unlike previously investigated three-dimensional pore systems zeolites, can induce the formation of linear polymers with useful directional properties. In this work, we studied the synthesis of polyacetylene/TON and polycarbonyl/TON composites, as the linear polymers fit in the unidirectional 5.7x4.6 Å micropores of TON (Theta-1, ZSM-22).Characterization by X-ray diffraction allowed us to perform structure refinements of nanocomposites by the Rietveld method and to locate the polymer using difference Fourier maps, which also provide information on the number of chains by unit cell. There are 4 in the case of polyacetylene and 1 for polycarbonyl. DFT calculations were performed for TON, polyacetylene/TON and polycarbonyl/TON to predict their physical properties: transition from an insulating to a semi-conducting or metallic state.

Dès le milieu du XIXe siècle, Toulouse apparaît comme un pôle dynamique du développement des études en archéologie préhistorique. « Laboratoire » d'expériences institutionnelles de la jeune discipline, enseignements universitaires, revues, sociétés savantes et musées toulousains favorisent en effet l'implantation d'une communauté scientifique dont l'examen sociologique révèle l'ampleur des réseaux à différentes échelles, notamment à travers l'étude des correspondances et archives personnelles de ces premiers préhistoriens.Parmi les nombreuses personnalités scientifiques ayant participé à ce développement et favorisé l'essor des recherches en ce domaine, la figure d'Emile Cartailhac (1845-1921) apparaît comme emblématique de cette communauté savante. La longue et prolifique carrière de ce scientifique provincial, son engagement dans la structuration de la communauté locale, ses relations avec les savants français et étrangers ainsi que son implication active dans les grands débats de son époque le placent au cœur d'une problématique visant à redéfinir le rôle de ces érudits locaux dans la constitution des savoirs entre XIXe et XXe siècle. Ce travail propose donc à travers l'étude de la pensée et de la production de ce préhistorien toulousain, notamment par l’examen de ses archives personnelles, une lecture de l'histoire de la discipline et des apports de ces savants d'envergure « secondaire ». / Emergence and development of prehistoric archelogy in southern France (Toulouse) between XIXth and XXth century

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une convention Cifre entre Snecma et le LMFA. L’objectif de ce travail est de développer une méthodologie permettant un calcul Navier Stokes 3D instationnaire du champ aérodynamique dans le compresseur au cours du pompage profond, tout en ayant un temps raisonnable de restitution des résultats. A l’aide de ce champ 3D, une réponse vibratoire des aubes pendant le cycle de pompage pourra être calculée. Le pompage est une instabilité aérodynamique qui s’initie dans le compresseur mais qui est influencé, à travers les pertes induites, par tout le système dans lequel le compresseur est intégré. La méthodologie développée pendant cette thèse permet de modéliser l’intégralité du système (banc d’essai ou moteur). Pour cela, l’écoulement dans le compresseur est calculé en 3D alors que le reste du système est calculé en 1D. Un couplage 1D/3D a donc été mis en place, puis testé sur un cas test académique. La méthode de couplage est ensuite appliquée au calcul du pompage d’un compresseur axial. Le cas d’application turbomachine choisi se base sur le banc d’essai CREATE installé au LMFA et contenant un compresseur haute vitesse de 3.5 étages. Dans un premier temps, la méthode est appliquée sur le dernier étage de CREATE seul. Le pompage profond obtenu sur ce compresseur mono-étage fait l’objet d’une analyse globale puis locale. Il ressort de cette analyse que le cycle de pompage est guidé par la dynamique du volume situé à l’aval du compresseur. Le volume de tranquilisation à l’amont du compresseur induit sur le compresseur une oscillation de pression et de débit à une fréquence environ dix fois plus élevée que la fréquence propre du pompage. L’analyse locale montre que le pompage se déclenche par une progression de l’écoulement de jeu vers les bords d’attaque du rotor. A l’aide du champ de pression statique sur les aubages pendant le pompage, un calcul de structure est mené sur le rotor et le stator. Une réponse vibratoire visible est obtenue après la chute de débit seulement si la fréquence propre du premier mode de vibration est suffisamment basse. Dans une seconde étape, la méthode de couplage est appliquée au pompage des 3.5 étages du compresseur CREATE et son banc d’essai. Le cycle obtenu est comparé aux résultats expérimentaux et à un autre calcul de pompage qui modélise l’intégralité du banc d’essai par les équations de Navier-Stokes 3D. La physique du cycle obtenu est cohérente avec les résultats expérimentaux et numériques pour les phases d’entrée en pompage, d’inversion et de rétablissement du débit. La dernière phase de repressurisation du système est beaucoup plus courte, ce qui en tenant compte des conclusions tirées de la première étape, indique que les cycles comparés correspondent probablement à des positions (angle de fermeture) de vanne aval différentes. / This work is a result of collaboration between Snecma and the LMFA. The purpose of this work is to develop a model able to simulate surge occurrence and development in compressors. This model must provide an unsteady 3D aerodynamic field inside the compressor and must have reasonable computation costs. With this 3D field, it will be possible to compute a vibratory response of blades during surge cycle. Surge is influenced by all the system around the compressor due to pressure losses in the system. With the methodology developed in this study, the whole system may be computed (test bench or engine). For that, flow in the compressor is computed in 3D, while the rest of system is computed with 1D model. A 1D/3D coupling strategy has been set up and validated on an academic test case. Coupling method is then applied for surge modeling of an axial compressor. The turbomachiny case is based on CREATE test bench, installed at LMFA. This bench contains a high speed, compressor of 3.5 stages. In a first step, method is applied only to the last stage of CREATE. A global and local analysis focuses on the deep surge obtained on this one stage compressor. Surge cycle is driven by downstream plenum aerodynamic. Pressure and mass flow oscillation with a frequency ten times higher than surge frequency is due to upstream plenum. Local analysis shows that surge occurence is due to progression of tip clearance flow toward rotor leading edges. With the help of static pressure field on blades during surge, structural computations are done on rotor and stator. A significant vibratory response is obtained after mass flow drop only if the first vibratory mode has a frequency low enough. In a second step, 1D/3D coupling is applied to surge modeling of 3.5 stages of compressor CREATE. Surge cycle obtained is compared to experimental data and to another computation which model the whole test bench with 3D Navier-Stokes equations. Physics of our surge cycle is coherent with these results but our cycle is faster and deeper.

Les études de mélanges binaires sous conditions extrêmes ont mené à la découverte de solides appelés composés van der Waals. La découverte d’un composé van der Waals dans un mélange de deux gaz nobles par Loubeyre et al. (1993) permet de supposer que différentes combinaisons de gaz nobles formeront, aux conditions pression-température-concentration appropriées, de tels solides. Des échantillons de gaz nobles (néon + argon) et (hélium + argon) furent étudiés sous hautes pressions par diffraction de rayons X issus du rayonnement synchrotron dans le but de former et caractériser un composé inédit. Une faible miscibilité des espèces étudiées est observée via la présence de démixtions et de solutions solides dans les échantillons. Parallèlement, une étude du composé binaire (azote + méthane) a été poursuivie par l’affinement des positions moléculaires d’un composé van der Waals connu pour ce système. Des solutions potentielles pour la structure cristalline sont proposées et discutées.

Les semiconducteurs basés sur les nitrures III - N à large bande interdite présentent un intérêt croissant pour la recherche et le monde industriel. Parmi eux, les composants de puissance à base de nitrure de gallium constituent un domaine de recherche majeur de l'électronique à l'état solide pour les applications hyperfréquences. Les travaux décrits dans cette thèse correspondent à la conception et à la réalisation de transistors de puissance à haute mobilité pour l'amplification en bandes X et Ku (8-18 GHz). L'évolution continue des hétérostructures demande de constantes rétroactions avec le procédé technologique. Dans ce but, l'approche utilisée a consisté au développement et à l'optimisation des briques technologiques de base, associée à l'analyse physique indispensable à l'optimisation des choix technologiques. Une étude fine des contacts ohmique et Schottky a été entreprise. Une optimisation des conditions de réalisation des fossés de grille, du contact ohmique, des métallisations, du prétraitement de surface et de la nature du diélectrique de passivation a été nécessaire. L'ajout d'une électrode de champ a été étudiée afin d'améliorer davantage la tenue en tension des composants et minimiser l'impact des pièges de surface. Dans ce cadre, nous avons conçu et développé différentes topologies de plaque de champ. Plusieurs diélectriques innovants comme le nitrure de bore ont été testés afin d'établir les potentialités de ces transistors HEMTs à grille isolée. L'ensemble de cette technologie optimisée a été appliquée sur une couche HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si (001) et a permis d'établir un état de l'art en puissance à 10GHz pour cette nouvelle filière bas coût. / III-N based semiconductors due to their wide bandgap properties present more and more interest in research and industry. ln this frame, the microwave power devices based on gallium nitride constitute a major research field in electronics regarding solid state for microwave applications. The work described in this thesis is the design and the fabrication of high mobility power transistors for amplification in X and Ku band (8-18 GHz). The constantly improvement of epitaxies is correlated to a constant feedback with the technology. ln this way, the approach used in the development and optimization of base modules is associated to the physical analysis necessary to optimize the technological choices. A detailed study of Schottky and ohmic contacts is undertaken. An optimization of technological process conditions for gate recess, ohmic contact, the metallization, the surface pretreatment and the nature of the dielectric passivation was necessary. Fieldplate structure are also studied to further improve the withstanding voltage of components and minimize the impact of surface traps. ln this context, different fieldplate topologies are designed and developed. Several innovative dielectric material as boron nitride are tested to determine the capabilities of these insulated gate HEMTs transistors. The optimized process is applied to AlGaN/GaN HEMT on Si substrate (100) demonstrating a microwave power state-of-the-art at 10GHz for low-cost applications.

La conception robuste de pièce mécaniques consiste à prendre en compte dans la modélisation les sources d'incertitudes.Le modèle devient alors assez représentatif de la réalité pour pouvoir diminuer les marges de sécurité, qui permettent de garantir que la pièce en fonctionnement ne sera pas mise en défaut.Dans le cas de pièces aérospatiales, une diminution des marges de sécurité est un enjeu économique majeur car cela entraîne une diminution du poids des pièces.La probabilité de défaillance est une des quantités critiques lors de la conception robuste. Celle-ci quantifie le risque de défaillance de la pièce en comparant la probabilité de résistance du matériau (caractérisée à partir d'essais sur éprouvettes) avec la probabilité de sollicitation du matériau, qui est déterminée à partir des contraintes extérieures à la pièce et des caractéristiques du matériau. C'est ce dernier problème qui a fait l'objet de cette thèse.Dans le cas d'un comportement non linéaire du matériau, la détermination de la probabilité de sollicitation impose d'exécuter de nombreuses fois un calcul de la pièce pour différentes valeurs des conditions aux limites et des paramètres du comportement matériau.Ceci devient rapidement hors de portée sans une stratégie adaptée, un calcul pouvant prendre jusqu'à 12 heures.Une stratégie dédiée à la résolution de l'ensemble de ces calculs est proposée dans ce travail. Elle tire parti de la similarité des calculs pour diminuer le temps total nécessaire. Un gain allant jusqu'à 30 est atteint sur des pièces industrielles simples en quasi-statique avec un comportement élasto-viscoplastique. / The robust design of mechanical parts consists in modeling the sources of uncertainty.The model becomes fairly representative of the reality in order to reduce safety margins, which guarantee that the operating part will not been at fault.In the case of aerospace parts, a reduction of safety margins is a major economic issue as it leads to a decrease in weight.The probability of failure is a critical quantity in the robust design. It quantifies the risk of failure of the part by comparing the likelihood of resistance of the material (characterized from tests on specimens) with the probability of solicitation of the material, which is determined from external constraints to the part and characteristics of the material. This last problem has been the subject of this thesis.In the case of a non-linear behavior of the material, determining the probability of solicitation requires to run many times a calculation of the part for different values of boundary conditions and parameters values of the material constitutive law.This is quickly becoming out of reach without an appropriate strategy, as one calculation can take up to 12 hours.A strategy dedicated to solving all of these calculations is proposed in this work. It takes advantage of the similarity of the calculations to reduce the total time required. A gain of up to 30 is reached on industrial parts with quasi-static elastic-viscoplastic behavior.

La Selle Rivière, cours d’eau non canalisé du bassin Artois-Picardie est considérée par l’Agence de l’Eau comme une masse d’eau prioritaire dont la qualité est à améliorer. L’objet de ce travail a été d’étudier le comportement spatio-temporel de plusieurs substances déclassantes ou non, avec des échelles de temps allant du prélèvement ponctuel à la mesure haute fréquence, en passant par des échantillonneurs passifs intégrateurs. Nous nous sommes intéressés à plusieurs traceurs de la contamination urbaine, agricole et industrielle, au travers des nitrates, des phosphates, des éléments traces métalliques, de certains produits phytosanitaires et pharmaceutiques, et de la matière organique dissoute. Dans un premier temps, nous avons confirmé que la Selle est principalement alimentée par les eaux souterraines riches en nitrates, avec des teneurs résiduelles en atrazine qui se retrouvent dans le cours d’eau à des concentrations similaires. Par ailleurs, le bassin versant étant très agricole dans sa partie amont et avec des ilots urbains plutôt localisé en aval, quelques pesticides et médicaments sont retrouvés à l’état d’ultra-traces par temps sec, et des teneurs en phosphates souvent supérieures à 0,2 mg L-1. Les métaux sont peu présents dans le cours d’eau malgré des teneurs pouvant être élevées en sortie de stations d’épuration (notamment Gd et Zn) car les débits des stations représentent des apports mineurs. La mesure haute fréquence a permis de préciser des problèmes de qualité d’eau par temps de pluie avec des lessivages de sols, et des pics importants mais limités dans le temps en phosphore et carbone organique alors que l’on observe une dilution des nitrates. La composition de la matière organique étudiée par spectroscopie de fluorescence a permis de caractériser la signature spectrale de différents types d’eau (souterraine, de surface et effluent de station d’épuration) et de différencier les apports allochtones des apports autochtones. Enfin, ces résultats permettent de discuter qualitativement les futurs effets du changement climatique à l’échelle régionale sur l’évolution de la qualité de la Selle Rivière. / The River Selle is a non-channelised stream in the Artois-Picardy basin and is considered as a priority waterbody by the Artois-Picardy Water Agency. The aim of this work was to study the spatio-temporal behaviour of several substances at different time scales, ranging from low-frequency (grab sampling, passive samplers) to high-frequency monitoring. More specifically, tracers of pollution reflecting urban, agricultural and industrial contamination (nitrates, phosphates, trace metal elements, pesticides, pharmaceutical residues, dissolved organic matter) were investigated. We confirmed that the River Selle is mainly fed by a nitrate-rich groundwater. Besides, the nitrates and atrazine concentrations in the river water were similar to those found in the groundwater. At the upstream of the river, the land-use is mainly dominated by agriculture whereas most of the urban islets are located at the downstream of the river. Consequently, during dry weather, ultra-trace concentrations of some pesticides and pharmaceutical residues were recorded and phosphate levels often exceeded 0.2 mg L-1. Due to the minor flow input of the wastewater treatment plants into the river, metallic contamination in the River Selle (particularly Gd and Zn) is quite low despite the high concentrations measured in wastewater effluents. Water quality issues during storm events were identified by high-frequency monitoring. Significant but time-limited peaks in phosphorus and organic carbon were observed, while nitrates were diluted. The composition of dissolved organic matter was studied by fluorescence spectroscopy. The spectral signature of different types of water (groundwater, surface water and wastewater effluents) was characterised as well as the origins of this organic matter (autochtonous vs allochthonous). Finally, these results enable to discuss qualitatively the future effects of climate change at a regional scale on the evolution of the water quality of the River Selle.

Pour répondre aux besoins des clients concepteurs de systèmes IRM (Imagerie par Résonnance Magnétique), EXXELIA TEMEX veut étendre sa gamme de composants non-magnétiques. Mon travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement d’une nouvelle gamme de condensateurs ajustables non-magnétiques (aussi appelés trimmers) capables de tenir des environnements extrêmes en tension pour des applications de l’IRM. Pour se faire, les composants passifs intégrés doivent respecter les conditions extrêmes de fonctionnement : un courant RF (Radiofréquence) de 30A à 128MHz et une tension efficace jusqu’à 5kV.Dans un premier temps, les propriétés électriques des trimmers existants ont été déterminées expérimentalement et par simulation afin de valider le modèle numérique proposé. Ensuite, les propriétés électriques des différents diélectriques constitutifs du condensateur sont déterminées expérimentalement. A partir de considérations théoriques, nous avons établi des expressions nécessaires aux calculs des capacités et des fréquences de résonance. Le trimmer est ensuite dimensionné par simulation numérique (méthode des éléments finis) puis fabriqué. Deux modèles de diélectriques sont étudiés. Le gap d’air présent entre les électrodes est évalué par simulation numérique avant validation expérimentale. L’influence de l’air sur les performances du prototype final est finalement abordée : la tension de claquage et de la variation de la fréquence de résonance et de la capacité sont successivement traités. / As a non-invasive imaging technology, MRI (magnetic resonance imaging) revolutionizes medical diagnosis and diseases detection. Without damaging radiation, MRI systems use radio frequency (RF) waves to produce three dimensional detailed anatomical images. To reach the operating frequency of the next generation of MRI, new electronic components, in particular trimmers (called also adjustable capacitors) are necessary to obtain high-quality images. However, trimmers are still developed empirically using expired specifications that no longer respond to MRI requirements.First of all, to provide a high level of image resolution and to reduce manufacturing time and cost, electrical modeling is an important step. Then, according to these numerical simulations, prototypes are designed and then manufactured.