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Cette de thèse comporte deux volets : Le premier, plutôt applicatif, concerne le design d'échangeurs à ailettes et à mousses ; le second, plus académique, traite des relations entre la texture des mousses métalliques et leurs propriétés thermophysiques effectives. Sur la première partie consacrée à l'amélioration des performances des échangeurs de chaleur Mota. Nous avons mis en place une méthode de dimensionnement multi-échelle adaptés aux batteries tubes-ailettes et aux échangeurs à mousse ; Nous avons développé et caractériser une architecture optimisée d'échangeur à mousse et à ailettes. Des gains de 50% ont été obtenus en termes d'efficacité énergétique et les solutions proposées sont actuellement en production.La deuxième partie concerne l'analyse des mécanismes de transferts dans les mousses et de la détermination de leurs propriétés effectives. Nous avons développé une approche basée sur la modélisation des transferts et écoulements à l'échelle du pore -confortée par le développement de bancs expérimentaux- pour déterminer ces propriétés. Nous avons réalisé une base de données de 900 mousses obtenues par élongation et cisaillement d'une cellule périodique de référence. Les propriétés effectives –tensorielles- de ces mousses ont été mesurées et leur dépendance à la morphologie et aux propriétés thermophysiques des phases a été étudiée.En conclusion, le dernier chapitre illustre la démarche naturelle de poursuite des travaux : Optimisation des géométries des échangeurs et des mousses selon les conditions applicatives. / This work is composed of two parts: the first one deals with the design of fins-and-tubes and metal foam heat exchangers; the second one deals with the relationship between foams morphology and their effective thermophysical properties. The first part is dedicated to Mota heat exchanger performance enhancement. We develop a multi-scale method to optimize both local heat transfer surfaces and global architecture of classical and foam units. We develop, using this method, new heat exchanger and we characterize it numerically and experimentally. An increase of 50% of energetic efficiency is obtained and new geometries are nowadays produced and commercialized. The second part deals with the analysis of transport phenomena in metal foams and the determination of their effectives properties. We develop an approach based on pore scale numerical simulation of conjugate heat transfer – validated by experimental results obtained on set-up developed for this study. We have generated 900 virtual samples obtained by deformation a periodic unit cell (Kelvin cell). Full effective properties tensors are determined. The influence of cell shape and classical geometrical parameters on physical properties is then studied. To conclude, in the last chapter, we present natural perspectives involved by this work: Geometrical optimization of heat exchanger architecture and foams morphology depending on the application; The use of a multi-scale approach to design modern –foam- heat exchangers.

Cette thèse porte sur la statistique spatiale multivariée et l’apprentissage appliqués aux images hyperspectrales et multimodales. Les thèmes suivants sont abordés :Fusion d'images :Le microscope électronique à balayage (MEB) permet d'acquérir des images à partir d'un échantillon donné en utilisant différentes modalités. Le but de ces études est d'analyser l’intérêt de la fusion de l'information pour améliorer les images acquises par MEB. Nous avons mis en œuvre différentes techniques de fusion de l'information des images, basées en particulier sur la théorie de la régression spatiale. Ces solutions ont été testées sur quelques jeux de données réelles et simulées.Classification spatiale des pixels d’images multivariées :Nous avons proposé une nouvelle approche pour la classification de pixels d’images multi/hyper-spectrales. Le but de cette technique est de représenter et de décrire de façon efficace les caractéristiques spatiales / spectrales de ces images. Ces descripteurs multi-échelle profond visent à représenter le contenu de l'image tout en tenant compte des invariances liées à la texture et à ses transformations géométriques.Réduction spatiale de dimensionnalité :Nous proposons une technique pour extraire l'espace des fonctions en utilisant l'analyse en composante morphologiques. Ainsi, pour ajouter de l'information spatiale et structurelle, nous avons utilisé les opérateurs de morphologie mathématique. / This thesis focuses on multivariate spatial statistics and machine learning applied to hyperspectral and multimodal and images in remote sensing and scanning electron microscopy (SEM). In this thesis the following topics are considered:Fusion of images:SEM allows us to acquire images from a given sample using different modalities. The purpose of these studies is to analyze the interest of fusion of information to improve the multimodal SEM images acquisition. We have modeled and implemented various techniques of image fusion of information, based in particular on spatial regression theory. They have been assessed on various datasets.Spatial classification of multivariate image pixels:We have proposed a novel approach for pixel classification in multi/hyper-spectral images. The aim of this technique is to represent and efficiently describe the spatial/spectral features of multivariate images. These multi-scale deep descriptors aim at representing the content of the image while considering invariances related to the texture and to its geometric transformations.Spatial dimensionality reduction:We have developed a technique to extract a feature space using morphological principal component analysis. Indeed, in order to take into account the spatial and structural information we used mathematical morphology operators

L’objectif de cette thèse est de proposer un procédé de recyclage de mélanges ABS-PC issus des Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE) réels capable de s’affranchir des contraintes liées au recyclage des polymères.Ces contraintes sont liées, entre autre, à la présence d’impuretés (autres polymères) après l'étape de tri et au procédé de remise en forme. L’influence de la présence d’impureté dans un alliage ABS-PC sur ces propriétés mécaniques (résistance au choc et traction) a donc été étudiée en s’appuyant sur des observations morphologiques. Il s’est avéré que la présence d’impureté non miscible conduit à la dégradation des propriétés mécaniques de l’ABS-PC. L’ajout de compatibilisants a été étudié afin de masquer l’effet de l’impureté. Il a ainsi été montré que l’amélioration de la résilience du mélange (ABS-PC/impureté) est intimement liée à la modification de la morphologie et à la nature de l’adhésion aux interfaces. Il a ensuite été constaté que l’optimisation des paramètres de mise en oeuvre engendre une modification de la morphologie. Cette modification peut entrainer une augmentation de la résistance au choc.Ces deux méthodes ont ensuite été appliquées à un mélange d’ABS-PC ignifugé issu des DEEE contenant une impureté. L’ajout de compatibilisant et de la modification des paramètres de mise en oeuvre améliore la résilience. En revanche, cela a un effet néfaste sur le comportement au feu de l’alliage ABS-PC ignifugé. / The aim of this PhD work was to propose a recycling process method of PC-ABS blend from real Waste Electrical and Electronic Equipment deposit (WEEE) deposits. This recycling process has to be able to overcome the problematic related to polymer recycling.The main constraints about recycling process are the presence of polymeric impurities after sorting step as well as mechanical reprocessing (extrusion and injection molded). Firstly, the effect of impurities on the mechanical properties (tensile and impact strength) and morphology (SEM, TEM) of PC-ABS blends have been studied. The presence of immiscible impurity deteriorates the mechanical properties of PC-ABS. The addition of an appropriate compatibilizer enhances the interface between PC-ABS and the impurity. The compatibilizer improves the impact strength and changes the morphology of this blend. Secondly, the optimization of injection molding parameters generates a change in morphology. This change leads to an increase of the impact strength.Both methods were applied to a flame retardant PC-ABS from WEEE with an impurity. The addition of a compatibilizer and the modification of injection molding parameters improve the impact strength. The presences of an impurity and a compatibilizer have a negative effect on the flame retardant properties of the PC-ABS blend

Le Polylactide est un polymère biosourcé et biodégradable. Il représente un alternatif potentiel pour certains polymères issus de l’industrie pétrochimique. Néanmoins, il présente une cinétique de cristallisation lente. Dans ce travail, une attention particulière a été portée à la compréhension et la modélisation de la cinétique de cristallisation et la morphologie cristalline induite du PLA. Dans un premier temps, nous avons étudié la cristallisation en conditions statiques du PLA avec et sans agent de nucléation «talc». L’effet du polymorphisme sur les paramètres du modèle d’Avrami est modélisé en conditions isothermes, ensuite la morphologie cristalline induite en fonction de degré de surfusion est discutée pour le PLA avec et sans talc. Dans un second temps, l’effet de la température, le taux et le temps de cisaillement sur la cinétique de cristallisation du PLA et la morphologie cristalline induite est analysée, et la contribution de l’écoulement dans la germination est modélisée. La synergie entre le cisaillement et les particules de talc dans l’amélioration de la cinétique de cristallisation est démontrée par la quantification de la germination thermiquement induite et celle induite par le cisaillement. Enfin, dans le cadre du procédé d’injection, nous avons étudié l’effet de l’histoire thermomécanique et du talc sur les propriétés mécaniques du PLA. L’analyse effectuée a porté sur l’effet des paramètres du procédé d’injection et du talc sur le module de flexion en relation avec la cristallinité induite dans les pièces injectées. / The Polylactide is a biobased, biodegradable polymer. It represents a potential alternative for some polymers from the petrochemical industry. Nevertheless, it has a slow crystallization kinetics. In this work, special attention was paid to the understanding and modeling of the crystallization kinetics and morphology induced crystalline PLA. First, we investigated the crystallization of PLA in static conditions with and without nucleating agent "talc". The effect of the polymorphism on the parameters of the Avrami model is modeled in isothermal conditions, then the induced crystalline morphology as a function of degree of supercooling is discussed for PLA with and without talc. In a second step, the effect of temperature, the rate and the shearing time on the crystallization kinetics of the PLA and the resulting crystal morphology is analyzed, and the contribution of the flow in the germination is modeled. The synergy between the shear and the talc particles in improving the crystallization kinetics is demonstrated by quantification of germination thermally induced and that induced by shear. Finally, as part of the injection process, we studied the effect of thermomechanical history and talc on the mechanical properties of PLA. The analysis focused on the effect of parameters of the injection process and talc on the flexural modulus in relation to the induced crystallinity in the molded parts.

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Les Déchets d'Equipement Electriques et Electroniques (DEEE) constituent un volume important de déchets dont le constituant majoritaire est l’ABS. C’est pour cela que nous avons travaillé principalement avec des polymères provenant d’un gisement réel (carters d’ordinateurs). Puis, des mélanges ABS/PC ont été élaborés (le PC étant un des constituants d’un gisement de carters), dans le but d’obtenir un matériau avec une résilience au moins équivalente à celle d’un ABS neuf. Même si l’ABS a montré une bonne aptitude à être recyclé seul, après vieillissement et recyclage, sa résilience connaît une chute due à la dégradation de la phase élastomère et à la présence d’ignifugeants. Il est important pour le recyclage de l’ABS et de ses mélanges de séparer les polymères ignifugés de ceux qui ne le sont pas. La voie mélange pour le recyclage de l’ABS par l’ajout de PC a l’avantage de simplifier le tri et de recycler un maximum des polymères présents dans les DEEE. Nous avons tout d’abord réalisé des mélanges ABS/PC neufs pour bénéficier d’une mise en œuvre et d’une composition optimales. L’influence des paramètres du procédé de recyclage (température et vis d’extrusion) et des propriétés des matériaux (taux et viscosité du PC, retardateurs de flamme de l’ABS) sur les propriétés du mélange a été étudiée. Nous avons effectué essentiellement des essais de résistance au choc Charpy et des études morphologiques. Les résultats ont montré qu’une morphologie fibrillaire ou co-continue est favorable à la meilleure résilience des mélanges ABS/PC. Nous avons obtenu pour des mélanges neufs ABS neuf FR/PC neuf réalisés avec 70% d’ABS une résilience supérieure à celle de l’ABS neuf. Mais, à composition égale, ce résultat n’a pas été atteint pour les mélanges majoritaires en ABS recyclé. Souhaitant réaliser des mélanges performants majoritaires en ABS recyclé, la compatibilisation semble nécessaire. Un mélange recyclé majoritaire en ABS, compatibilisé avec du PP-g-MA, est montré plus résilient que l’ABS neuf seul. Toutefois, les compatibilisants ont une efficacité limitée lorsqu’ils sont en présence de retardateurs de flamme ou soumis à un temps de séjour élevé dans la presse à injecter. Nous avons voulu utiliser des nanocharges minérales (montmorillonites), ajoutées en faible quantité, en tant qu'ignifugeants et compatibilisants. Elles se sont avérées inefficaces dans les études préliminaires réalisées. Le choix des nanoargiles minérales doit être optimisé. / WEEE constitute a huge waste volume in which ABS is the major component. So, we focused on polymers from a real deposit (casing of computers); such a deposit contains ABS, PC, PS, ABS-PC. In a first step, recycling of aged ABS was studied. The decrease in the C=C content induces an impact strength drop. Nevertheless, ABS proved to be recyclable given that optimized processing conditions are found. The role of flame retardants was shown to be crucial on the recyclability. Separating polymers with or without flame retardants is the key point of the ABS recycling. However, recycled aged ABS do not recover the impact strength of neat virgin ABS. Then, ABS/PC blends were elaborated in order to obtain a material with an impact strength at least equivalent to the neat ABS. The use of ABS/PC blends for this recycling facilitates the sorting and the utilization of most of WEEE polymers. We first made ABS/PC blends from virgin polymers to have optimal processability and composition. Performing Charpy impact strength tests and morphological studies allowed to evaluate the influence of recycling process parameters (temperature and screw extrusion) and material properties (rate and viscosity of PC and ABS flame retardants). Experimental results indicate that the impact strength of the ABS/PC blends is higher when the morphology is fibrillar or co-continuous. We obtained ABS virgin FR/PC virgin blends (70/30) with an impact strength greater than the neat ABS. But, with equal composition, this result was not reached for the blends. So to achieve reliable blends rich in recycled ABS, compatibilisation is necessary. Recycled ABS/PC blends compatibilised with PP-g-MA is more resilient than the ABS. However, the compatibilising agents have a limited efficiency when they are used in the presence of flame retardants or subjected to a high residence time. Finally, nanoclays were attemptively used as both FR and compatibiliser. Tough they proved uneffective in the very first experiments carried out (the choice of clay need to be optimized).

Le rôle des constituants au sein des matériaux de friction pour garniture de frein est encore mal connu du fait, d’une part de la complexité des formulations de ces matériaux composites organiques, d’autre part de la sollicitation induite par le freinage qui engendre de multiples phénomènes physiques. Il s’avère donc particulièrement difficile d’établir les liens entre la composition d’une garniture et ses performances. Les travaux ont concerné une garniture de frein industrielle pour véhicule poids lourd. Une étude préalable a été réalisée du point de vue de sa microstructure et de ses constituants, de ses propriétés, de son élaboration et de ses performances en freinage. La démarche expérimentale adoptée a reposé sur le développement i) d’une formulation « modèle », déduite de la formulation industrielle par simplification de la composition, ii) d’un essai d’usure représentatif de sollicitations de freinage, pour aborder le fonctionnement tribologique des constituants dans une configuration simplifiée. Deux constituants ont été plus particulièrement étudiés, des particules de laiton et des fibres de verre introduites dans la formulation modèle prise en référence. L’analyse des performances a porté sur la compréhension des liens entre les mécanismes de frottement et d’usure, la microstructure et les propriétés des matériaux et leur comportement tribologique / The role of the constituents within friction materials for brake lining still largely unknown due to the complexity of these organic composite formulations and to the induced solicitation by braking which generates multiple physical phenomena. Therefore, it is especially difficult to establish the relationship between the composition of a brake lining and its performance. The work has concerned an industrial brake lining for heavy vehicle. A preliminary study was conducted in terms of its microstructure, constituents, properties, elaboration and its braking performance. The experimental approach was based, on the one hand, on the development of a “model” formulation, derived from the simplification of the industrial one and, on the other hand, on a specific wear test representative of braking solicitations, to take up the tribological behaviour of constituents in the framework of a simplified configuration. Brass particles and glass fibres have been particularly studied, introduced into the model formulation taken as a reference. The analysis of performance has focused on understanding the relationship between friction and wear mechanisms, microstructure and properties of materials, and their tribological behaviour

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