Le marché de l'énergie distribuée est actuellement en pleine expansion et favorise l'intégration d'une multitude de sources d'énergie, et les machines à combustion interne ne sont pas exclues. Les moteurs à piston sont actuellement les principaux acteurs du marché, en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût en capital. Cependant, la réglementation de plus en plus sévère sur les émissions ainsi que les coûts liés à la maintenance et les temps d'arrêt sont prohibitifs pour ce type de machines, en particulier dans le segment de basse puissance et de production d’énergie et de chaleur combinées (CHP). C'est là que les microturbines opérant sous le cycle récupéré – de petites turbines à gaz qui produisent moins de 1 MW de puissance – ont un avantage concurrentiel, grâce à moins de pièces en mouvement, une combustion plus propre et une température élevée d'échappement. Les petites turbomachines récupérées doivent atteindre des températures d'entrée de turbine (TIT) très élevées, requises pour atteindre 40% de rendement thermique. Les céramiques non refroidies offrent une solution très attrayante, avec plusieurs essais mais des résultats peu concluants dans la littérature. Ce travail présente une nouvelle architecture qui prend en charge des pales en céramique monolithique dans un environnement d’opération à chaud. La turbine renversée en céramique (ICT) est constituée d'un moyeu métallique flexible qui fournit une base souple pour les pales individuelles en céramique qui sont supportées par l'extérieur par un anneau en composite carbone-polymère. Les forces centrifuges chargent les pales en compression au lieu d’en tension, exploitant ainsi la résistance en compression typiquement élevée des céramiques techniques. Le document présente la validation expérimentale entreprise pour vérifier l'intégrité structurelle d’un prototype de configuration ICT à petite échelle, dans des conditions de fonctionnement à froid et à chaud, ainsi que les étapes qui y ont mené. Les résultats expérimentaux montrent que l'ICT supporte des pales en alumine dans les tests à froid et le nitrure de silicium pour des températures d'entrée du rotor jusqu'à 1000 K, avec des vitesses de pointe de pale atteignant 271 m/s. L’incursion d’objet domestique, l'événement le plus désastreux à se produire dans les turbines en céramique dans la littérature, n'a pas causé de dommages aux pales dans cette configuration. Ces résultats indiquent que l'architecture ICT est robuste et viable, et que le développement peut être poursuivi pour augmenter la TIT et la vitesse de pointe de la turbine, afin d’éventuellement parvenir à une microturbine récupérée en céramique de 1600 K de TIT.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’avènement des technologies itinérantes s’est accompagné de l’accroissement des besoins en autonomie des appareils électroniques mobiles. De plus la forte densité d’intégration des dispositifs conduit aux limites de dissipation thermique des systèmes de refroidissement classiques. Ainsi dans cette thèse le régime de fonctionnement bas Vds a été investigué dans les HEMTs à base de matériaux faibles gaps afin de réduire les puissances consommées. Cette étude est réalisée à 300K et 77K. Concernant les HEMTs à base d’antimoine des performances records ont été publiées à 300K (fT = 144GHz à 100mV pour Lg=120nm). En termes de performances en bruit à la fois pour les HEMTs industriels étudiés et les HEMTs à base d’antimoine à 30GHz et Vds=100mV un NFmin autour de 1.6dB et un Gass de l’ordre de 6dB sont atteints pour des puissances dissipées inférieures à 10mW/mm. Enfin des dimensionnements d’amplificateurs faibles bruit ont été réalisé afin d’évaluer la potentielle réalisation d’une électronique basse consommation à température ambiante et cryogénique. Ces dimensionnements ont permis d’obtenir à 100mV de tension drain un NF autour de 1,7dB pour un gain associé avoisinant 6dB avec une puissance dissipée inférieure à 6mW/mm à température ambiante et à basse température (77K) la valeur de NF est autour de 0,6dB pour un gain associé supérieur à 7dB. / Advent of itinerant technologies was done with the autonomy needs increase in the mobile electronics devices. In addition the high devices integration density leads to the thermal dissipation limits of the classic cooling systems. Thus in this thesis the low Vds operation mode is investigated in narrow band gap materials based HEMTs in order to reduce the power consumption. This study is done at room temperature (300K) and at cryogenic temperature (77K). Concerning antimonide based HEMTs, record performances was published at 300K (fT = 144GHz à 100mV for Lg=120nm). In terms of noise performances both of industrial studied HEMTs and antimonide based HEMTs present at 30GHz and Vds=100mV NFmin value around 1.6dB and Gass around 6dB for power dissipation lower than 10mW/mm. Finally low noise amplifier (LNA) design is done in order to evaluate the potential use of those devices in low power consumption electronics at room and cryogenic temperature. Those designs allowed to obtain at Vds=100mV NF value around 1.7dB and Gass around 6dB with power dissipation lower than 6mW/mm at room temperature and at cryogenic temperature NF value around 0,6dB for Gass value higher than 7dB.

L'objectif de ce travail est l'élaboration de nouveaux matériaux nanocomposites hybrides à propriétés spécifiques (piézoélectricité, optique non-linéaire). Dans un premier temps, des modèles numériques simples portant sur les propriétés mécaniques des nanocomposites sont présentées, ainsi que des simulations de déformation réalisées sur les nanocomposites à nanoparticules piézoélectriques. Les résultats expérimentaux de caractérisation mécanique (par spectrométrie Brillouin) et tribologique de différents nanocomposites sont exposés, y compris de nanocomposites réalisés au sein du laboratoire. L'influence des nanoparticules et de leur fonctionnalisation sur la matrice polymère y est discutée, et en particulier leur incidence sur les volumes libres dans les nanocomposites. Plusieurs procédés de synthèse de nanoparticules aux propriétés piézoélectriques ont parallèlement été étudiées. En particulier, un protocole de synthèse de nanoparticules de LiNbO3 a été mis au point. Ces nanoparticules ont été caractérisées par des techniques structurales, chimiques et d'imagerie. Enfin, ces travaux ont conduit à l'élaboration de films nanocomposites à matrice PVDF-TrFE incorporant des nanoparticules produites en laboratoire ou d'origine commerciale. Les méthodes de polarisation des films sont décrites, et les propriétés piézoélectriques de ces films nanocomposites ont été mesurées. Plus particulièrement, des films nanocomposites PVDF-TrFE/Al2O3 polarisés présentant une bonne réponse piézoélectrique ont été élaborés. / This work aims at the elaboration of new hybrid nanocomposites with specific properties (piezoelectricity, non-linear optic). First, simple numeric modelings on mechanical properties of nanocomposites are presented, as well as simulation of deformation in nanocomposites with piezoelectric nanoparticles. Experimental results on tribological and mechanical (performed by Brillouin Spectroscopy) characterization of different nanocomposites are exposed. The influence of nanoparticles and their fonctionalization on the polymer matrix is discussed, and in particular the incidence on free volume in nanocomposites. Several piezoelectric nanoparticles synthesis processes have been also studied. In particular, a LiNbO3 nanoparticles synthesis protocol has been worked out. These nanoparticles were characterized by structural, chemical and imaging techniques. Finally, these works leads to the elaboration of PVDF-TrFE matrix thin films nanocomposites filled with commercial or produced in laboratory nanoparticles. The methods used to polarize the films are described. The piezoelectric properties of the nanocomposites have been measured. More particularly, PVDF-TrFE/Al2O3 nanocomposites thin films with a good piezoelectric response have been elaborated.

Cette thèse est consacrée à l'étude de quelques régimes asymptotiques de l'équation de Schrödinger semi-classique, en présence d'une non-linéarité non-locale de type Hartree. Elle comporte 3 parties, sous forme de 4 chapitres et une annexe. L'objet de la première partie, constituée du premier et deuxième chapitre, est l'étude du comportement asymptotique du modèle précédent pour un noyau singulier autour de l'origine, pour une condition initiale asymptotiquement de type WKB, en régime faiblement non-linéaire. Dans le premier chapitre nous montrons que sous certaines conditions de régularité sur la condition initiale, la solution est encore de type WKB à l'ordre principal, un résultat que nous obtenons dans le cadre fonctionnel de l'algèbre de Wiener. Nous donnons une preuve alternative au résultat précédent dans le cas particulier de l'équation de Schrödinger-Poisson dans le cadre fonctionnel d'espace de Sobolev rescalé, où la considération de correcteurs est nécessaire pour construire une solution approchée et pouvoir décrire la solution à l'ordre principal. La deuxième partie de cette thèse, objet du troisième chapitre, est consacrée à l'étude de la propagation de paquets d'onde pour un système couplé d'équations de Hartree en régime semi-classique, en présence de potentiels extérieurs sous-quadratiques. Nous décrivons analytiquement et numériquement le comportement asymptotique à l'ordre principal des fonctions d'onde solution du système, lorsqu'elles sont soumises à une condition initiale en forme de paquets d'onde, pour différentes tailles de non-linéarité. La dernière partie est constituée du quatrième chapitre et de l'annexe. Dans le quatrième chapitre nous considérons le problème de Cauchy de l'équation de Hartree avec noyau homogène ou dont la transformée de Fourier est dans un espace de Lebesgue, dans le cadre fonctionnel de l'algèbre de Wiener. Nous montrons quelques résultats sur le caractère bien posé du problème pour les noyaux considérés, dans des espaces faisant intervenir l'algèbre de Wiener. Nous concluons par une annexe dans laquelle nous considérons le problème de Cauchy de l'équation de Schrödinger-Poisson, en présence d'un potentiel extérieur indépendant du temps, dans les espaces de Sobolev pondérés. Nous étendons des résultats déjà obtenus sur l'existence de solutions globales dans les espaces de Sobolev sans poids lorsque le potentiel extérieur est nul, en montrant l'existence de solutions globales en temps dans les espaces de Sobolev pondérés pour toute régularité. / This thesis is devoted to the study of some asymptotic regimes of the semi-classical Schrödinger equation, in the presence of a nonlocal nonlinearity of Hartree-type . The purpose of the first part, consisting of the first and second chapter is the study of the asymptotic behavior of the previous model with a singular kernel around the origin for an initial data asymptotically of WKB-type, in a weakly nonlinear regime. In the first chapter we show that under some regularity conditions on the initial data, the solution still is of WKB-type at leading order, a result that we get in the functional framework of the Wiener algebra . We give an alternative proof to the previous result in the particular case of the Schrödinger-Poisson equation in the functional framework of rescaled Sobolev space, where the consideration of correctors is necessary to construct an approximate solution to describe the solution at leading order.The second part of this thesis, the subject of the third chapter is devoted to the study the propagation of wave packets for a coupled system of Hartree equations in a semi-classical regime , in the presence of sub-quadratic external potentials. We describe analytically and numerically the asymptotic behavior of the leading order of the wave functions solution of the system, for an initial data in the form of wave packets for different sizes of nonlinearity.The final part consists of the fourth chapter and appendix.In the fourth chapter we consider the Cauchy problem of the Hartree equation with a homogeneous kernel or of Fourier transform in a Lebesgue space, in the functional framework of the Wiener algebra. We show some results on the well-posedness of the problem for the considered kernels, in spaces involving the Wiener algebra.We conclude with an appendix in which we consider the Cauchy problem for the Schrödinger-Poisson equation in the presence of a time independent external potential in the weighted Sobolev spaces. We extend the results already obtained on the existence of global solutions in Sobolev spaces without weight when the external potential is reduced to zero, by showing the existence of global solutions in time in the weighted Sobolev spaces for all regularity.

De nombreuses pièces sont sujettes à des sollicitations de frottement à haute température dans le domaine de l’aéronautique. En effet, dans ce domaine, l’augmentation constante des puissances des réacteurs implique une augmentation de la température de fonctionnement des systèmes mécaniques et en particulier des contacts frottants. Cette augmentation de température a pour conséquence la diminution de la durabilité des matériaux lubrifiants solides actuellement utilisés pour ce type de contact. C’est pourquoi il est indispensable de sélectionner de nouveaux revêtements aux propriétés tribologiques à chaud améliorées. Dans cette optique, une thèse ayant pour sujet la durabilité de rotules aéronautiques d’attache mât-moteur de l’A380 soumises à des conditions extrêmes de fonctionnement en termes de température et de conditions glissement, a été effectuée au LTDS. Dans un premier temps, les endommagements de surface (abrasion, adhésion) des pièces réelles ont été analysés, à travers des analyses MEB/EDX du revêtement d’argenture déposé dans le contact entre les bagues intérieure et extérieure de la rotule. Des essais tribologiques en configuration classiquement utilisée, cylindre/plan (sur Cameron-Plint), ont ensuite été réalisés sur le revêtement d’argenture afin de comparer les endommagements observés in situ et sur banc. Dans le but de sélectionner un revêtement ou un couple de revêtements susceptibles de remplacer l’argenture dans le contact étudié, une dizaine de revêtements différents (couches accommodantes et couches dures) ont ensuite été testés individuellement en configuration cylindre/plan dans les mêmes conditions d’essai que dans le cas de l’argenture. Cette campagne d’essai a permis de dégager les plus performants/endurants tribologiquement. Parallèlement, un tribomètre original a été conçu au laboratoire afin de pouvoir simuler au mieux les conditions de contact réelles (sollicitations mécaniques, température de contact…). Ce tribomètre rotatif à haute température (TRHT), utilisable en configuration couronne/plan, permet d’appliquer simultanément au contact une force normale pouvant aller jusqu’à 50 kN, un mouvement rotatif alternatif, et une température de contact pouvant aller jusqu’à 1000°C grâce à un système de chauffage par induction. Les revêtements ayant démontré le meilleur comportement en termes de résistance à l’usure et au frottement au cours des essais en configuration cylindre/plan ont également été testés individuellement sur ce tribomètre en configuration couronne/plan. Les essais finaux ont été réalisés en interface complète, c'est-à-dire avec une couche accommodante déposée sur la pièce représentant la bague intérieure de la rotule, une couche dure déposée sur la pièce représentant la bague extérieure, et une couche à bas frottement (graisse ou vernis). Deux solutions de lubrification de ce type ont été déterminées pour le contact rotulé : une pour les rotules d’attache mât-moteur avant qui fonctionnent jusqu’à 160°C (CuNiIn + vernis Everlub / WC-C) et une pour les rotules d’attache mât-moteur arrière qui fonctionnent jusqu’à 570°C (stellite + vernisEverlub / TiHfCN). / In aeronautics tribology, mechanical parts are required to operate with increasing temperature. The increased functioning temperature of the contacts prone to friction and wear (such as bearings and other structural parts) is a direct consequence of the increasing power of jet engines. In the case of ball bearings, the substrate materials as well as the coating durability are affected by temperature. There is then a pressing need to introduce new coatings demonstrating effective tribological behaviour at high temperature. A PhD research subject was defined in partnership with Airbus Aerospace and SKF Aerospace and conducted at LTDS. The main goal of this research is to study the durability of ball bearings functioning under extreme conditions in terms of temperature and sliding friction. First, SEM/EDX analyses were done on the silver coating deposited in the contact between the ball bearings rings, in order to acknowledge the actual bearings surface damage. Tribological testing of the silver coating was then performed in a standard cylinder-on-flat configuration in order to compare in situ and experimental damages. More than ten different coatings (both soft and hard coatings, with solid lubrication properties and/or wear resistance properties) were then tested in the same configuration and conditions as the silver coating. These tests allowed us to identify the best suitable coatings for the application. An original test rig was also designed in the lab, in order to better simulate the bearings functioning conditions. This tribometer (TRHT) makes it possible to perform tests in ring-on-flat configuration (close contact) and to simultaneously apply a normal force up to 50 kN and a reciprocating rotating motion. Using this tribometer, the final tests were conducted on the best candidates among the different coatings, individually at first to assess their tribological behavior, and then in a configuration as close to reality as possible, with a hard coating covered ring and a soft coating covered flat, the contact between the two being greased or varnished. Finally, several possible solutions were determined, for two different functioning temperatures:160°C (CuNiIn + varnish Everlub / WC-C) and 570°C (stellite + varnish Everlub / TiHfCN).

La production d’électricité photovoltaïque a connu une forte croissance ces dernières années, mais présente encore des coûts de production élevés comparés aux autres sources d’énergie. Le silicium monocristallin est fréquemment utilisé comme couche active dans les cellules photovoltaïques, et la matière première silicium représente une part importante du prix final de la cellule. La couche de silicium est classiquement obtenue par sciage d’un lingot, entraînant une perte de matière première de l’épaisseur du trait de scie. Une technique innovante de détachement des films minces de silicium consiste à implanter de l’hydrogène à haute énergie dans le silicium puis à appliquer un traitement thermique pour détacher la couche de silicium implantée. Les pertes dues au trait de scie sont ainsi éliminées. Ce type de procédé est couramment utilisé en microélectronique avec des énergies de quelques centaines de keV pour le report de couches minces d’un substrat à un autre. Ce travail de thèse est l’un des premiers à étudier l’extension de ce procédé à des énergies comprises entre 1 et 3 MeV pour le détachement de films de 15 à 100 μm d’épaisseur. L’efficacité du détachement dépend fortement de l’orientation du silicium utilisé. Les caractérisations réalisées après implantation et à différents stades du traitement thermique permettent de mieux comprendre le mécanisme du détachement et de proposer un modèle théorique expliquant les différences d’efficacité du détachement constatées en fonction de l’orientation du silicium. Des essais exploratoires suggèrent plusieurs pistes pour l’optimisation des conditions d’implantation et de fracture, dans le but d’améliorer l’efficacité du détachement. / Photovoltaic power generation strongly increased in the last decades, but the cost of PV-generated electricity must be further reduced to be competitive. Monocrystalline silicon is widely used as the active layer, and silicon raw materials account for a large percentage of the price of PV-cells. Ingot sawing is commonly used to separate silicon layer, resulting in significant kerf-loss. An innovative kerf-free technique to separate a thin silicon layer consists of high energy implantation of hydrogen in silicon and subsequent annealing. Such a process is commonly used in the field of microelectronics to transfer thin layers from a substrate to another and involves low implantation energy from a few ten to few hundred of keV. In this work, we propose to extend this process to higher energy in the range 1-3 MeV, in order to separate free-standing layer with thickness in the range 15-100μm. Separation efficiency strongly depends on silicon orientation. Characterizations of implanted silicon were performed after implantation and at several stages of the heat treatment to investigate the separation mechanisms. A theoretical model was proposed to explain the effect of silicon orientation on the separation efficiency. Optimizations of implantation conditions and heat treatment parameters are also suggested in order to improve the yield of the separation process.

La fréquence et la sévérité des feux de forêt de grande ampleur ont augmenté dans les vingt dernières années, par la conjonction de trois tendances lourdes : le réchauffement climatique, l’extension des interfaces périurbaines et l’augmentation de la biomasse. Par conséquent, la fiabilisation des opérations de lutte, et en particulier des équipes de commandement, devient un enjeu important. Mais les opérations de secours constituent surtout une fenêtre particulièrement intéressante sur le fait organisationnel en général et les processus de construction de sens en particulier. En effet, les pompiers sont confrontés à des exigences organisationnelles en conflit : stabiliser le sens des situations pour assurer l’efficacité de l’action collective (processus de contrôle), et le réévaluer en permanence pour détecter et s’adapter aux évolutions inattendues (processus d’écoute). Le contrôle cherche à fiabiliser les apprentissages, capitalise les succès, ignore le bruit, simplifie, privilégie l’anticipation, et oriente l’attention sur les objectifs de l’action et sur la structure. L’écoute cherche à accroitre la validité des apprentissages, valorise l’improvisation, invente, détecte les signaux faibles, complexifie, rebondit, et oriente l’attention sur les conséquences de l’action et sur les relations interpersonnelles.L’hypothèse centrale de cette recherche est que la gestion de ces exigences contradictoires est une source majeure de haute fiabilité. Son design se base sur la comparaison de deux territoires (l’Ouest américain et le sud de la France), et combine plusieurs méthodes : l’observation directe des opérations de secours, l’observation des sessions d’entrainement, et des formations, ainsi qu’une expérimentation sur la plateforme de simulation de la Sécurité Civile française / The frequency and impact of large wildland fires have been increasing for the past 20 years, due to the conjunction of three long term trends: global warming, growing wildland-urban interface and increase in biomass. As a result, enhancing organizational reliability in Incident Management Teams is becoming increasingly important. Examining how firefighters face large disasters is also relevant for organization studies because these situations offer a perspective on organizing and sensemaking. Indeed, firefighters are under conflicting organizational requirements: stabilizing the sense of situations for effective collective action (control processes) and reassessing situations to detect and adapt to unexpected changes (mindful processes). Control focuses on lessons learned, capitalizes on success, ignores noise, simplifies, values anticipation and direct attention on plans and strategies. Mindfulness focuses on improvising, detects weak signals, is reluctant to simplify, values resilience and interpersonal relationships.The central hypothesis of this research is that the successful management of these opposite requirements is an important source of operational reliability. The research is based on a comparison between two territories (the American West and Southern France) and combines several methods: direct observation of firefighting operations, direct observation of Incident Management Teams trainings, the analysis of available archival data, as well as controlled experiments on a France’s Civil Protection simulation training platform