Le but de la thèse est de quantifier le lien entre la contamination nitrique du système hydrologique et les activités agricoles pratiquées au cours des trois dernières décennies sur le bassin de la Seine.<br />A partir de trois modèles existants (agronomique, hydrologique et hydrogéologique), un modèle intégré a été développé pour simuler, à l'échelle régionale, le transfert de nitrate des sols jusqu'aux eaux de surface, via le domaine souterrain.<br />Plusieurs développement conceptuels ont été necessaires : (i) une procédure de régionalisation du modèle agronomique a été mise au point, (ii) deux modèles ont été développés pour simuler le transfert dans le domaine souterrain.<br />Pour la première fois, un outil couvrant l'ensemble des processus de circulation de l'azote dans un grand bassin versant est ainsi mis en place.<br />Le dernier volet de ce travail concerne la réalisation de simulations exploratoires et une estimation de la dynamique du transfert des nitrates.

Les modèles simplifiés usuels de dimensionnement des chaussées ne permettent pas de modéliser des chaussées fissurées et une modélisation par éléments finis 3D peut s'avérer très lourde. Dans l'objectif de construire un outil rapide et efficace de diagnostic et d'entretien des chaussées dégradées par le trafic, un modèle simplifié est proposé. Ce modèle repose sur un modèle simplifié adapté aux problèmes de flexion, le modèle multiparticulaire des matériaux multicouches (M4) à 5n équations (n: nombre total de couches) et le modèle élastique de Boussinesq pour le massif de sol. Programmé sous Matlab, dans le cas de bicouches de chaussées fissurées verticalement, ce modèle donne très rapidement d'excellents résultats par comparaison avec des calculs éléments finis 3D. Les cas de chargement de retrait thermique et de gradient thermique sont intégrés dans la modélisation et validés. Pour accélérer encore plus l'obtention des solutions dans le cadre de calculs multi- cycles, une méthode d'extrapolation des résultats du 2D pour estimer le 3D est exposée.

Cette recherche présente des résultats théoriques et expérimentaux sur le renforcement de poutres en lamellé collé par composite à base de fibres, l'application recherchée étant la proposition de structures de tabliers de ponts de haute résistance. Le concept retenu est une structure multi renforcée par la disposition de lamelles de composites entre les lamelles en bois dans la zone de traction. On montre que ce type de renfort possède expérimentalement, à taux de renfort donnée, des propriétés plus élevées que celles obtenues par des méthodes courantes consistant au renforcement en face inférieure d'une seule couche de composite. On montre en particulier que la distribution statistique de la rupture en traction du bois est resserrée grâce à la présence du composite. Ainsi, un renfort de faible épaisseur, réparti convenablement entre les lamelles de bois, a un double effet, celui attendu de diminuer les contraintes dans les fibres de bois, mais aussi, celui de réduire la distribution statistique de résistance. La prise en compte des renforts dans les calculs revient donc à redéfinir une résistance caractéristique d'un bois homogène équivalent ayant les propriétés du bois renforcé. De plus, on montre qu'il existe des configurations telles que les fissures transverses dans les lamelles de bois engendrées par la contrainte normale de traction sont stoppées par les lamelles de renfort et qu'il est possible d'obtenir un schéma de rupture multi fissuré. Un critère de rupture par délaminage de l'interface bois-composite est proposé et déterminé expérimentalement à cette fin. Enfin, des expérimentations sur prototypes hybrides constituées d'un multi couches bois-carbone-béton ultraperformant, est présentée. Les résultats ont permis de valider la méthode proposée de répartition du renfort en couches réparties de faible épaisseur.

Au cours des 30 dernières années, l'intérêt fut très marqué pour la recherche dans le domaine des couches minces dures et résistant à l'usure. Des matériaux ont été développés sous forme de couches minces céramiques pour des applications industrielles telles que des outils de coupe, des pièces automobiles et différents composants de machine. Les matériaux en jeu étaient, TiN, TiAlN, TiC, SiC, WC et carbone adamantin (DLC) par exemple. Cependant, les besoins technologiques et industriels d'aujourd'hui nécessitent l'utilisation des couches minces avec des propriétés plus évoluées. Pour cela, le système ternaire B-C-N avec ses phases ultra-dures a attiré beaucoup l'attention ces dernières années. Le carbure de bore (B4C) en particulier, avec sa haute dureté et son module d'Young élevé en plus de ses autres propriétés intéressantes, est l'un des matériaux les plus prometteurs. Une autre possibilité repose sur le carbonitrure de bore (BCN) qui présente des propriétés différentes en raison de la combinaison possible de plusieurs phases telles que le diamant, le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Une recherche bibliographique détaillée indique le fait que ces deux matériaux n'ont pas été suffisamment étudiés quand sous forme de couches minces. Le carbure de bore est l'un des matériaux les moins étudiés dans le cas de techniques de dépôt en phase vapeur telles que la pulvérisation cathodique. C'est également le composé le moins étudié dans le diagramme ternaire B-C-N. D'autre part, dans la bibliographie, presque tout l'effort a porté sur le dépôt du nitrure de bore cubique. Il existe très peu d'études centrées sur l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore et les différentes phases qui pourraient être obtenues. Le but de ce travail est d'étudier, en premier, l'effet de différents paramètres de pulvérisation sur les propriétés des couches minces de carbure de bore et d'établir des relations entre paramètres de dépôt, croissance des couches de carbure de bore et propriétés mécaniques et d'usure-frottement. Le deuxième objectif est d'étudier l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore pour établir une couche de carbonitrure de bore avec une dureté et une ténacité optimales ainsi qu'une résistance à l'usure élevée. Trois types de couches de carbure de bore bien adhérentes et homogènes ont été déposées par pulvérisation cathodique magnétron classique à courant continu (DC), pulvérisation cathodique magnétron DC assisté par plasma et pulvérisation cathodique radiofréquence (RF). Les couches minces de carbonitrure de bore déposées par pulvérisation cathodique magnétron a courant continu en mode réactif avec addition d'azote dans la composition du gaz plasmagène ont été également étudiées. La conception de multicouches fonctionnelles a permis de déposer des couches de carbure et carbonitrure de bore plus épaisses et adhérentes. Une cible de carbure de bore conductrice, produite par pressage à chaud de poudres de carbure de bore et une cible de carbure de bore commerciale ont été utilisées pour les dépôts par décharge à courant continu et RF respectivement. L'effet des paramètres de dépôt sur les différentes propriétés des couches a été évalué par plusieurs techniques de caractérisation. La composition élémentaire des dépôts a été déterminée par microsonde électronique de Castaing (EPMA). La microscopie à balayage électronique haute résolution avec un canon à émission de champ (FE-SEM) a servi à examiner la microstructure et la topographie des couches. Les profils de profondeur élémentaires des dépôts ont été obtenus par spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) et les propriétés nanomécaniques ont mesurées par nanoindentation. Le comportement tribologique des dépôts a été étudié en utilisant un tribomètre « pion-disque ». Les liaisons chimiques ont été identifiées par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). La nanostructure et la cristallinité des couches ont été caractérisées grâce à des observations par microscopie électronique en transmission (TEM). Les résultats ont démontré que les couches de carbure de bore constituent de bons revêtements à dureté élevée pour résister à l'usure. Grâce au contrôle des paramètres de pulvérisation, différentes microstructures correspondants à différentes propriétés ont pu être obtenues. Grâce à l'incorporation de l'azote dans la structure de carbure de bore, des couches présentant une dureté optimale et une résistance à l'usure élevée ont été développées, donnant ainsi la possibilité d'élargir la gamme d'applications pour ces dépôts. On a aussi constaté que la conception en multicouche fonctionnelle était une façon d'empêcher le décollement des couches et éviter des problèmes liés aux contraintes résiduelles pour les dépôts durs et résistants à l'usure. Des couches plus épaisses de carbure de bore et de carbonitrure de bore pour plusieurs applications industrielles, peuvent donc efficacement être déposées grâce a une conception appropriée des différentes sous-couches.

Les cellules solaires photovoltaïques organiques et les micro-accumulateurs au lithium sont constitués d'éléments sensibles à l'atmosphère. Afin de leur assurer une durée de vie raisonnable à l'air, il faut les protéger avec des matériaux barrières, ayant des perméabilités à la vapeur d'eau et à l'oxygène très faibles. La solution envisagée pour obtenir de tels matériaux a été le développement de couches minces, tels que l'oxyde et le nitrure de silicium, déposées par PECVD. Dans une première partie, deux méthodes de caractérisation des propriétés barrières ont été mises en place spécialement pour la caractérisation de faibles taux de perméation : le « test lithium » et la mesure de perméation à partir d'un perméamètre à haute sensibilité. Dans une seconde partie, une étude des matériaux en monocouche et en multicouche a été effectuée. Un système performant a été obtenu par l'empilement multicouche d'un même matériau SiOx, où un traitement plasma après chacune des couches permet de créer des interfaces. L'étude de ce post-traitement a permis la compréhension des phénomènes d'interfaces et l'influence de ceux-ci sur la perméation. Cette étude a également permis de proposer un modèle de diffusion des molécules de gaz à travers un empilement multicouche.

La microscopie à force atomique est utilisée dans de nombreuses applications. Ce travail a ici pour but d'étudier, à l'échelle du nanomètre, les propriétés mécaniques de monocouches et de multicouches de phospholipides avec un microscope à force atomique en mode dynamique. Le comportement non linéaire du système pointe-levier, proche des couches de phospholipides, est étudié avec un modèle de granulation. Le MFA est aussi utilisé pour étudier l'influence d'un peptide membranaire, la syntaxine, et la structure des couches de phospholipides autoassemblées sur du mica. Dans un second temps, nous étudions l'oscillation d'un microlevier de MFA clampé en milieu liquide. Les résultats sont comparés aux prédictions théoriques des simulations numériques de la résolution des équations de Navier-Stokes à trois dimensions, pour mesurer l'influence du mouvement du fluide sur le comportement d'un levier oscillant de MFA. Nous montrons aussi comment la force hydrodynamique peut être réduite d'au moins un ordre de grandeur en usinant, à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés (FIB), la largeur du levier. Enfin, nous présentons une description analytique qui détermine le mouvement d'un levier excité acoustiquement en milieu liquide. La troisième partie est une étude du comportement dynamique d'un nanoménisque avec une nanopointe oscillante. La nanoaiguille, découpée avec un<br />faisceau d'ions focalisés, est approchée d'une interface air-liquide et seule son extrémité oscille dans le liquide (Eau-Glycérol-PDMS). Il est montré qu'il est possible d'imager une interface de liquide avec une résolution à l'échelle du nanomètre.

Le d??veloppement dans la derni??re d??cennie des syst??mes photovolta??ques concentr??s a augment?? le besoin de g??rer le budget thermique dans le r??cepteur pour emp??cher sa surchauffe et g??rer les pertes de performances li??es ?? la temp??rature. Ce projet de ma??trise s'inscrit dans le cadre du d??veloppement d???un syst??me solaire fortement concentr?? en collaboration avec des partenaires industriels. Notre partenaire industriel a mis au point une solution de production d?????nergie photovolta??que de haute concentration ?? l?????chelle commerciale, mais il reste ?? valider la conception du syst??me adopt??. Le projet concerne l'??tude du r??cepteur photovolta??que qui est compos?? d???un r??seau dense de 800 cellules solaires triple jonctions, mont??es sur un substrat. Ce dernier est compos?? d???un empilement de couches et un ??changeur de chaleur pour refroidir le r??cepteur. Puisque notre r??cepteur absorbera un grand flux de chaleur, il y aura des contraintes dues ?? la non-concordance des coefficients de dilatation thermique entre ses diff??rentes couches. Ces d??formations pourraient provoquer la rupture de contact entre les cellules solaires, et ainsi la d??faillance ??lectrique du r??cepteur. Pour cela, ces travaux de recherche ont port?? sur une ??tude thermom??canique du r??cepteur. En effet, l?????tude de la dilatation de l'assemblage multicouche a permis d???acqu??rir une connaissance d???analyse thermom??canique de la tenue de la structure multicouche vis-??-vis d???un chargement thermique. Puis, le comportement des ??poxys, conducteur et isolant ??lectrique utilis??s pour fixer les cellules sur le substrat, a ??t?? ??tudi?? en fonction de plusieurs param??tres g??om??triques et des propri??t??s mat??rielles. La diff??rence des coefficients d???expansion thermiques (CTE) des ??poxys, ??tait le param??tre cl?? pour varier les contraintes dans les interconnexions. Cons??quemment, on a utilis?? deux ??poxys avec deux CTE proches pour diminuer les contraintes induites dans les deux ??poxys. De plus, vu que la structure se compose des couches usin??es, on a cr???? des abaques de variation de rigidit?? effective en fonction des facteurs de formes dimensionnels des couches usin??es. Enfin, le travail a permis de mettre en place des essais exp??rimentaux pour s???assurer du fonctionnement du r??cepteur ?? haute temp??rature. Par cons??quent, on a valid?? l???utilisation de l?????poxy dans la conception adopt??e vu que la d??formation maximale support??e par ce dernier ([epsilon Minuscule][indice inf??rieur m ax]=0.167 %) est sup??rieure ?? la d??formation maximale qu???il peut avoir au cours de l'op??ration ([epsilon Minuscule][indice inf??rieur ??poxy]=0.0048%). Ensuite, les exigences de r??cepteur en termes de fonctionnement ?? haute temp??rature ont ??t?? fix??es, comme l?????cart maximal que l?????poxy peut supporter pour la liaison des cellules entre deux unit??s du r??cepteur qui est [delta Majuscule]Gap[indice inf??rieur limite] [epsilon Minuscule] [[Plus ou moins]46 [mu Minuscule]m, [Plus ou moins]53 [mu Minuscule]m].

La technologie SIW, introduite dans les années 2000, suscite aujourd’hui un très vif intérêt pour la conception de circuits micro-ondes compacts, intégrés, faible coût et blindés par nature. Cependant, les guides d’onde métalliques, qui offrent de bien meilleures performances en termes de pertes d’insertion et de tenue en puissance, malgré un coût bien plus important, sont encore incontournables pour de nombreuses applications millimétriques. Afin de proposer une alternative intégrée et faible coût au guide d’onde rectangulaire, et de permettre une large exploitation du spectre millimétrique, cette thèse propose une nouvelle structure SIW appelée SIW creux. Cette nouvelle structure a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Aux fréquences millimétriques, comparativement au SIW, le SIW creux offre des pertes d’insertion trois fois plus faible ainsi qu’une tenue en puissance moyenne quatre fois plus importante. De nombreux dispositifs passifs SIW creux ont été conçus en prenant avantage du procédé de circuit imprimé multicouche mis en œuvre. Des coupleurs, déphaseurs, diviseurs de puissance, antennes et filtres ont été réalisés basés sur la technologie introduite. Leurs performances sont théoriquement et expérimentalement comparées avec leur contrepartie SIW afin de démontrer les avantages de la nouvelle technologie proposée. / The substrate integrated waveguide (SIW) technology, introduced in the early 2000s, has presently trigged a huge interest from academia to industry with the focus on the design and development of low-loss, compact, integrated, self-packaged and low-cost microwave and millimeter-wave circuits, antennas and systems. However, the classical metallic waveguide technology, which offers better performances such as lower insertion loss and higher power handling, has still been used in the design of microwave and millimeter-wave systems, despite its higher cost and bulky structure. To offer a highly integrated, further loss-reduced, low-cost alternative to the conventional waveguide and also to allow a wide-spread use of the millimeter-wave spectrum, this thesis research introduces a new SIW structure called Air-Filled SIW (AFSIW). This new structure has been theoretically and experimentally studied in details with a substantial amount of results. At millimeter wave frequencies, compared to the SIW topologies, the proposed AFSIW scheme exhibits a substantially lower insertion loss (three times, for example) and a much higher average power handling capability (four times, for example). Numerous AFSIW passive components have been investigated designed and demonstrated, which take advantages of the well-established multilayer printed circuit board (PCB) fabrication process. Couplers, phase shifters, power dividers, antennas and filters have been modeled, designed, prototyped and measured based on the introduced technology. Their performances have theoretically and experimentally been compared with their SIW counterparts to demonstrate and validate the benefits of the proposed technology.

Contrairement à leurs homologues animales, les cellules végétales sont entourées d’une fine enveloppe de polysaccharides appelée paroi primaire, dont la principale structure portante est un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicelluloses. L’objectif de ce travail est de mettre au point des capsules biomimétiques de la paroi végétale qui puissent servir de système modèle dans l’étude des propriétés mécaniques de ce matériau naturel. Pour ce faire, des vésicules géantes unilamellaires d’un diamètre moyen de 20 µm ont été utilisées comme support de dépôts couche-par-couche de nanocristaux de cellulose (les sous-éléments des microfibrilles) et de xyloglucane (l’hémicellulose la plus répandue) jusqu’à une dizaine de bicouches, les capsules ainsi obtenues ayant été caractérisées par microscopie confocale. Leur comportement en déformation en réponse à une pression osmotique a pu être observé : leur dégonflement a donné lieu à l’apparition de diverses morphologies dont certaines sont similaires aux formes de coques minces de matériau isotrope dégonflées, tandis que leur comportement en gonflement est comparable à la réponse d’un matériau viscoélastique. Enfin, des expériences de nano-indentation par microscopie à force atomique ont été effectuées pour mesurer la rigidité de la paroi des capsules. Leur module d’Young a pu être déduit des courbes de force-déformation et s’avère être compris entre 6 et 18 MPa, ce qui est du même ordre de grandeur que les valeurs obtenues par des mesures similaires effectuées sur des parois végétales naturelles. / Unlike their animal counterparts, plant cells are surrounded by a thin polysaccharide-rich envelop called the primary wall, in which the main load-bearing structure is a network of cellulose microfibrils tethered by hemicellulose. This work aims at designing plant cell wall mimicking capsules that could be used as a model system in the mechanical characterization of this natural material. To do so, we used giant unilamellar vesicles with an average diameter of 20 µm as a template for the layer-by-layer deposition of cellulose nanocrystals (the microfibrils sub-elements) and xyloglucan (the most common hemicellulose) up to ten bilayers, the resulting capsules being characterized by confocal microscopy. Their deformation behaviour under osmotic stress could be observed : deflation of the capsules led to various morphologies, some of them similar to what is observed for thin deflated shells of isotropic material, while their response to swelling resembled that of a viscoelastic material. Nano-indentation experiments were eventually performed using an atomic force microscope to probe the stiffness of the capsules wall. Their Young’s modulus could be deduced from the force-depth curves and found to be in the 6-18 MPa range, which is in the same order of magnitude of values obtained with similar measurements done on natural plant cell walls.

Dans ce travail de thèse, le comportement des composites stratifiés est étudié en utilisant des développements d'ordres élevés ou de type layer wise. Un modèle layer wise LS1 (et l'élément fini à huit nœuds qui lui est associé) a été développé en premier lieu pour l'analyse spécifique des contraintes entre les couches pour des problèmes de bords libres ou bien pour l'étude des liaisons entre les couches. Il est fondé sur un modèle de type layer wise qui considère le stratifié comme une superposition de plaques de Reissner couplées les unes aux autres par des efforts d'interfaces. Cet élément a 5n degrés de liberté par noeud (n étant le nombre de couches) et donne une prédiction des contraintes d'interface. Les travaux précédents se concentraient sur la précision et l'utilisation de l'estimation de ces contraintes d'interface. Mais le modèle permet aussi de calculer les déplacements et les déflexions ainsi que d'extraire les contraintes dans l'épaisseur avec ou sans post-traitement. Dans ce mémoire, la précision et la validité du calcul des déplacements et des contraintes ont été établies à partir d'un nombre important de benchmarks en flexion de composites et des plaques sandwich. Le but de cette étude est aussi de mieux positionner et de promouvoir cette approche en contraintes issue des travaux de Pagano peu utilisés et mal référencés. Ce modèle est ensuite développé et implémenté dans le code de calcul par éléments finis Abaqus via la routine utilisateur User-Element (UEL). Pour démontrer l'efficacité du modèle et du code de calcul, des exemples qui comprennent des plaques isotropes et anisotropes sont traités / In this document, the behaviour of laminated composite is investigated using several high order or layer wise finite element calculations. A layer wise model and its devoted finite element on C° eight-node layer wise finite element have been originally and specifically developed for an interlaminar stresses analysis in a free edge problem or for a bonding study. This model is the core of the present comparisons. It is based on a typical layer wise model that considers the laminate by a superposition of Reissner plates coupled by interfacial stresses. This element consists of 5n degrees of freedom per node (n is the layer number) and is able to predict interlaminar stresses. These out-of-plane stresses are deduced directly from constitutive equations without post-processing works. The previous papers dealt with the accuracy of these estimated interface stresses. However, the model not only permits to compute displacements and usual deflections but also to compute stresses through the layer thicknesses with or without postprocess. In the present paper, the accuracy and the validity of these computed displacements and stresses have also been established on a large number of important benchmarks of bending examples for composites and sandwich plates. The aim of this research is also to better positioning and promoting of this stress approach deriving from the works of Pagano, which was not generally studied in this way. This model has also been implemented into the ABAQUS finite-element program through a User-Element subroutine interface. To demonstrate the effectiveness of the model and the finite element code, examples which include isotropic and anisotropic plates, the problem of the perforated plate are calculated