Les films plastiques d’emballage sont constitués de polymères semi-cristallins, éventuellement associés en multi-couches pour bénéficier conjointement des avantages de chacune d’entre elles. Leurs performances mécaniques pouvant être améliorées par étirage mono- ou bi-axial, on s’intéresse à la modélisation du comportement (à chaud) de ce type de matériaux. A partir d’observations micro-structurales et de résultats expérimentaux en traction uniaxiale et biaxiale, un modèle original à trois phases (qui se distinguent par la distance moyenne entre blocs cristallins) est développé pour la prédiction du comportement de ces films sous diverses sollicitations en grandes déformations élastoplastiques. Outre la phase « cristalline » et la phase « amorphe » représentées respectivement par une loi de comportement élastoplastique standard et un modèle hyperélastique de type 8-chaînes, la phase intermédiaire permet, par l’introduction d’un coefficient multi-axial, de prendre en compte l’effet d’enchevêtrement au sein du matériau et d’expliquer les différences significatives relevées expérimentalement entre les comportements uniaxial et biaxial.Le modèle est calibré à partir des essais uniaxiaux dans le cas du PA6 et du PE, puis validé pour ces deux matériaux ainsi que leurs assemblages multi-couches en comportement uniaxial et équi-biaxial. Le modèle est implanté dans un code de calcul par éléments finis pour permettre de nouvelles validations sur les problèmes structuraux de « plaque trouée » et de propagation de fissure, et ainsi valider à nouveau la robustesse du modèle 3-phases. / Shrink wrap films are composed of semi-crystalline polymers, possibly combined in multi-layers in order to benefit from the advantages of each of them. This work deals with the modeling of the mechanical behavior (under heat) of such materials in order to predict the improvement of their mechanical capabilities with uniaxial or biaxial drawing. From micro-structural observations and experimental results in uniaxial and biaxial stretching, an original model including three phases (which differ by the average distance between crystalline blocks) is developed for the prediction of the behavior of these films under various solicitations in finite elastoplasticity. In addition to the “crystalline” phase and the “amorphous” phase represented by a standard elastoplastic constitutive law and the classical 8-chain model, respectively, the intermediate phase allows one to take into account the effect of entanglements in the material and to explain the main differences, experimentally observed, between the uniaxial and biaxial behaviors.The model is calibrated from uniaxial tests in the case of PA6 and PE, and then validated for these two materials as well as multi-layer films for the uniaxial and equi-biaxial behaviors. The model is implemented in a finite element software in order to perform structural applications, such as the open hole test and the crack propagation, and validate again the efficiency of our 3-phase model.

Lors du décollement d'un adhésif mou (tels que les adhésifs sensibles à la pression, dits PSA), des mécanismes complexes entrent en jeu à l'interface et dans l'épaisseur du film d'adhésif. Afin d¿optimiser ces adhésifs, il convient de maîtriser les transitions entre les différents modes de décollement. Nous avons étudié ces transitons grâce à des matériaux modèles. Nous avons réalisé une analyse quantitative d'expériences de décollement, en nous appuyant notamment sur une nouvelle technique d'analyse d'image. Nous avons également modélisé le comportement mécanique de nos matériaux en traction uniaxiale grâce à un modèle viscoélastique de Phan-Thien et Tanner (PTT) à deux modes. Ces études ont montré la forte hétérogénéité des mécanismes de décollement où des processus à l'interface et dans l'épaisseur de l'adhésif sont en compétition. Pour obtenir des PSA plus efficaces, nous avons donc optimisé leurs propriétés en introduisant un gradient dans les propriétés viscoélastiques du film selon leur épaisseur. Des systèmes bi-couches optimisés montrent d¿intéressantes propriétés, sur surface de forte ou de faible adhésion. Enfin, des adhésifs à gradient continu ont été réalisés et caractérisés via la diffusion d'un réticulant dans un film de polymère puis activation à un instant précis de la réaction de réticulation. / During the debonding of a soft adhesive (as are Pressure Sensitive Adhesives or PSA), complex mechanisms enter in competition at the interface and in the bulk of the adhesive film. In order to optimize these adhesives, it is crucial to understand the transitions between the different debonding modes. We studied these transitions using model materials and carried out a quantitative analysis of debonding experiments with a new image analysis method. We also modeled the mechanical behavior of our materials under uniaxial deformation by using a 2-modes Phan-Thien and Tanner (PTT) viscoelastic model. These studies showed the strong heterogeneity of the debonding mechanisms where process at the interface and in the bulk are in competition. To obtain more efficient PSA, we optimized their properties by introducing a gradient in the viscoelastic properties of the film along their thickness. Bi-layer optimized systems showed interesting properties on surfaces with high or low adhesion. Finally, adhesives with a continuous gradient were realized and characterized by the diffusion of a cross-linker in a polymer film followed by an activation of the cross-linking reaction at a given time

L'Analyse de Données Fonctionnelles est une extension de l'analyse de données traditionnelles à des individus décrits par des fonctions. Le travail présenté ici s'inscrit pleinement dans ce courant, et tente de faire la jonction entre le domaine de la statistique fonctionnelle, et celui des techniques "neuronales" classiques. L'extension du perceptron multi-couches (PMC) à des espaces fonctionnels, proposé dans ce travail, apporte une réponse naturelle au traitement d'individus de type fonctions. Deux approches distinctes sont ici présentées : une approche par traitement direct des fonctions d'entrée et une approche par projection sur une base topologique de l'espace fonctionnel considéré (méthode classique en Analyse de Données Fonctionnelles). Pour chacune de ces deux méthodes, on montre dans un premier temps que le modèle est un approximateur universel, i.e. que toute fonction continue définie sur un compact d'un espace fonctionnel peut être approchée arbitrairement bien par un PMC fonctionnel. Dans un deuxième temps, on s'intéresse aux propriétés de consistance de l'estimateur fonctionnel. L'originalité de ce résultat vient du fait que non seulement l'estimation s'effectue sur un nombre fini d'individus (les fonctions observées), mais que de plus chacune de ces fonctions n'est connue qu'en un nombre fini de points d'observation (discrétisation). Un point important à noter est que ce résultat s'appuie sur une modélisation aléatoire du design des fonctions d'entrée. Enfin, on montre que le modèle peut encore être adapté afin d'obtenir une réponse fonctionnelle, ce qui autorise le traitement de processus fonctionnels à temps discret. L'approximation universelle et la consistance de l'estimateur (dans le cas i.i.d) sont encore vérifiées.

Les bétons autoplaçants (BAP) représentent une technologie émergente basée sur la fluidité du matériau et l'élimination de la vibration pour leur mise en place. Les avantages des BAP sont une réduction remarquable du temps de coulée, une plus grande facilité à remplir des éléments structuraux fortement armés, une réduction de l'effort physique, une élimination des vibrations et du bruit, une amélioration de la qualité de la surface et une confection de produits de béton de meilleure qualité. Un approvisionnement inadéquat ou interrompu du BAP lors d'une coulée dans des environnements chauds et secs ou dans des coffrages volumineux ou encore lorsque le béton est retenu peut causer des plans de faiblesses. Certains BAP ont des propriétés thixotropiques et peuvent ainsi être mis en place sur un béton qui a figé mais qui n'a pas commencé sa prise initiale. Ce type de coulée est appelée [i.e. appelé] coulée multi-couches. Dans ces cas problématiques, l'ACI (237R-07) recommande d'utiliser un vibrateur externe ou interne pour une durée de 2 à 3 secondes afin d'annuler la formation de ces lignes de bétonnage. La recherche s'intéresse à assimiler le savoir existant, effectuer des recommandations et de définir des modèles pour le lien entre 2 couches successives de BAP. Un programme expérimental a été entrepris à l'Université de Sherbrooke pour évaluer la perméabilité à l'eau et le lien résiduel entre 2 couches par des essais de flexion et de cisaillements obliques et directs pour des coulées multicouches. De plus, l'effet de la vibration de la couche ancienne de béton avant de couler la nouvelle sur le lien résiduel entre ces 2 couches a été étudiée par des essais de cisaillement direct sur le BAP durci. Huit mélanges de BAP ont été élaborés avec des niveaux différents d'ouvrabilité et de thixotropie et ont permis de couler les corps d'épreuve prismatiques. Les essais pour déterminer le lien résiduel et la perméabilité à l'eau ont été réalisés après 7 et 28 jours de cure humide respectivement après la mise en place du béton. L'ouvrabilité a été évaluée à l'aide des essais d'étalement simple, d'étalement au J-ring et du T50. La thixotropie a été mesurée avec le rhéomètre MK-III modifié, le scissomètre et le plan incliné. Le temps d'attente entre la coulée de 2 couches successives se situe entre 0 et 60 minutes. En général, les résultats obtenus montrent que la perte d'ouvrabilité, le niveau de thixotropie et le temps d'attente ont des effets néfastes sur la performance des coulées multicouches avec des BAP, cependant le temps d'attente a un plus grand impact que les 2 autres paramètres. Les problèmes rencontrés dans les coulées multicouches ont plus d'impact sur les propriétés de transport du béton que sur ses propriétés mécaniques. La recommandation de l'ACI citée auparavant n'est pas valide pour tous les types de BAP parce que la durée de la vibration est fonction du temps d'attente entre 2 couches et de la thixotropie ou du niveau d'ouvrabilité du béton. De bonnes corrélations ont été établies entre l'ouvrabilité et la thixotropie. Une amélioration de la qualité de surface est généralement obtenue avec des propriétés rhéologiques contrôlées et un très faible ressuage. Des BAP avec des hauts seuils de cisaillement peuvent conduire à la présence de bulles d'air à la surface du béton durci. Une viscosité plastique faible peut être associée à de la ségrégation surtout lors de la coulée d'éléments profonds. Il est très important de contrôler l'ouvrabilité du béton en fonction du temps car une perte d'ouvrabilité peut provoquer une faible habileté au remplissage et à des défauts de surface. Ces défauts peuvent apparaître suite à l'effet de retardateur du superplastifiant et/ou des températures faibles lors de la coulée. Durant ce temps de prise retardé, le béton peut ségréger ou ressuer, ainsi l'eau interstitielle peut migrer à la surface du moule, où elle peut produire des bulles d'air ou des sillons. La chute libre des mélanges autoplaçants à l'intérieur de murs, colonnes et autres sections profondes peut entraîner de l'air dans le béton. Le déversement vertical du BAP directement sur du béton déjà coulé peut produire un vortex du nouveau béton à l'intérieur de l'ancien, entraînant avec lui une quantité significative d'air qui sera piégée à l'interface. Le programme expérimental s'intéresse également à l'acquisition du savoir, la rédaction de recommandations et la mise au point de modèles reliés à la qualité de surface des BAP. Un programme expérimental a été entrepris à l'Universite de Sherbrooke pour évaluer la qualité de surface et la teinte des BAP. Une nouvelle technique a été développée pour détecter les défauts présents à la surface coffrée comme les bulles d'air ou des traces de ségrégation en utilisant les logiciels AutoCAD et ENVI 4.5. L'essai du Z-test avec différentes orientations des surfaces fut élaboré en considérant plusieurs matériaux de coffrage : contreplaqué, acier, géotextile, plexiglas et un matériau perméable. Le Z-test mesure 1400 mm de hauteur. Son avantage est de pouvoir étudier l'orientation et la nature des coffrages ainsi que la chute libre lors de la coulée. Pour cette étude, 32 mélanges de BAP ont été réalisés avec des propriétés rhéologiques différentes afin de couler des éléments de Z-test et d'étudier l'influence de la rhéologie du matériau sur la qualité de surface du produit fini. Le comportement rhéologique a été défini à l'aide du rhéomètre ICAR. En général, les résultats obtenus montrent que pour avoir une qualité de surface acceptable et une ségrégation et un ressuage faibles, le seuil de cisaillement et la viscosité plastique doivent être maintenus respectivement entre 0-50 Pa et 10-30 Pa.s, et la hauteur de chute libre doit être réduite pour minimiser la taille et le nombre des bulles d'air. De plus, les coffrages perméables sont recommandés pour éliminer complètement les bulles d'air sur les surfaces coffrées et pour annuler toute influence du ressuage sur la qualité de surface des BAP. L'influence des paramètres de formulation sur l'ouvrabilité, la thixotropie et la rhéologie des BAP a également été abordée dans cette étude. Ces paramètres sont E/L en masse, S/A en volume, la teneur en liant, et la valeur initiale de l'étalement.

De nos jours, une gestion optimale de l'énergie électrique est devenue un enjeu majeur. La conversion de l'énergie entre une source et sa charge est réalisée par un élément central : le convertisseur statique utilisé aussi bien pour des faibles puissances (quelques Watts) que pour des très fortes (plusieurs MWatt). La brique élémentaire est la cellule de commutation constituée de semi-conducteurs de puissance (à commutation commandée ou spontanée) généralement réunis au sein d'un " module de puissance ". La nécessaire réduction des volumes dans certaines applications (comme les systèmes embarqués par exemple) ainsi que l'augmentation des calibres de tensions des nouveaux semi- conducteurs grands gaps auront comme conséquence directe d'augmenter les contraintes sur les systèmes d'isolation des convertisseurs. Une répartition contrôlée de ces contraintes dans le volume présente alors un intérêt pour maintenir la fiabilité du système d'isolation. Il est donc nécessaire d'effectuer une caractérisation la plus large possible de l'ensemble des matériaux isolants utilisés dans le packaging des dits " modules de puissance ", ainsi qu'une bonne compréhension de leurs mécanismes de défaillances. Le travail présenté ici consiste en l'étude d'une nouvelle stratégie de répartition du potentiel dans le volume appelée gradation de potentiel. L'isolation de volume développée est un assemblage multicouche constitué d'un matériau à conductivité contrôlée (Epoxy/Graphene) jouant le rôle de gradateur et d'une fine couche isolante (parylène) assurant la tenue en tension. Différents outils, tant théoriques (simulation) qu'expérimentaux, ont été ainsi utilisés pour aider au dimensionnent du système d'isolation électrique. La modélisation par la méthode des éléments finis (MEF) permet-elle de prédéterminer la répartition de la contrainte (potentiel et champ électrique) dans une structure de test prédéfini ou de décrire l'étude de l'influence de la conductivité du matériau gradateur et de l'épaisseur du film sur la répartition des équipotentielles. D'un point de vue expérimental le film sélectionné a été caractérisé pour des épaisseurs comprises entre 10 et 40 µm. Le matériau à conductivité contrôlée a été ensuite élaboré puis caractérisé pour différents taux de chargement. Après l'incorporation du système d'isolation dans différentes structures tests (substrats métallisés et structure double face), différentes méthodes permettant de caractériser le système d'isolation ont été utilisées qu'il s'agisse de mesures directes de la contrainte électrique par sonde à champ nul (potentiel de surface) ou indirectes par des mesures de décharges partielles. L'isolation multi-couches présente des améliorations dans la répartition du potentiel mais aussi des limites d'utilisation en fonction de la conductivité du matériau gradateur. Cette isolation doit donc être dimensionnée au plus près des caractéristiques d'utilisation et offre une approche intéressante pour le dimensionnement des modules de puissances double face. / Nowadays, an optimal management of the electrical energy becomes a key point in electric systems. The conversion of energy is realized by a main component: the power converter. It is used as well for low power (few Watts) as for very high power (MWatts). The elementary block of the converters, is the switching cell made up of semiconductor power devices. The trend to reduce both the volume and the weight in many applications (for example in embedded systems) and the increase of the rating voltage of the new wide band gap semiconductors will have for consequence an increase of the stresses on the electrical insulating systems of the power module . A controlled grading of these electrical constraints in the volume is highly interesting to ensure the reliability of the system. It is therefore necessary to perform a precise characterization of the insulated materials used in the packaging of the power modules, as well as to get a good understanding of their failures mechanisms. The works presented in this dissertation consists in the study of a new strategy for the field gradation in power modules. The proposed insulation is an assembly of multi-layers made up of a thick material of electrically controlled conductivity (Epoxy/Graphene nanocomposite) and of a thin insulating layer (Parylene films). Various tools were used (both theoretical and experimental) to help dimensioning of the Electrical Insulation System (EIS). The Finite Element Method (FEM) was used to simulate the equipotential and field distribution in the structure under study and to analyse on one hand, the influence of the changes in the conductivity values of the Epoxy/Graphene nanocomposite materials and, on the other hand, the impact of the parylene (PA) films thickness on the stress grading. From an experimental point of view, the PA films were characterized for different thicknesses ranging between 10 µm and 40 µm. The Epoxy/Graphene nanocomposites of controlled conductivity were manufactured and characterized (0 to 5 % wt) for various filler contents. The field grading effects were evaluated directly in different structures thanks to surface potential measurements and (indirectly) to partial discharges measurements. The proposed multilayer EIS exhibits some improvements regarding the stress grading but also some limits depending on the conductivity of the nanocomposite. Such an EIS will have to be dimensioned taking into account the rating voltage and could offer an interesting approach for the future design of the power modules.

Cette thèse est consacrée au pilotage optimal de systèmes multi-sources pour le bâtiment, dans un contexte de recherche d'économies d'énergie et de dérégulation des tarifs. Le chapitre I expose le contexte et définit le cadre d'étude et les modèles. Le système est considéré comme un cas particulier de micro-réseau résidentiel, avec une problématique d'exploitation de sources installées, dans un environnement incertain. La partie II détaille les fonctions identifiées, en proposant un ensemble de méthodes de résolution pour chacune : pilotage prévisionnel (par PLVM ou programmation dynamique), prédiction de charges, anticipation de consignes (par perceptron multicouches ), stratégies réactives, stratégies adaptatives. Les limites de certaines méthodes sont mises à jour, notamment les problèmes liés à l'apprentissage artificiel. La partie III détaille enfin des cas d'application : le cas d'une installation résidentielle avec chauffage par micro-cogénération raccordée au réseau ; le cas d'une installation résidentielle photovoltaïque avec stockage par batterie Plomb.

La Spectrométrie à Décharge Luminescente est couramment utilisée pour l'analyse spectrochimique des matériaux et est devenue un outil standard pour l'analyse de la composition en profondeur de matériaux multi-couches. Cette technique permet aussi la quantification en se basant sur le nombre de photons émis par atome pulvérisé et ne dépend que de Z, l'impédance de la décharge employée pour l'analyse. Cette approche est basée sur l'analyse des métaux, sans fondement théorique, et son extension vers l'analyse des matériaux non-conducteurs n'est pas validée. Pour une géométrie fixée, Z dépend essentiellement de la pression du gaz plasmagène et de γ, le taux d'émission d'électrons secondaires du matériau de la cathode. Ainsi, pour valider la quantification, il est nécessaire de connaître le γ des différents matériaux et d'établir un classement. Un " γeffectif " a été déterminé à partir des courbes de Paschen pour différents matériaux conducteurs et non-conducteurs. L'étude a montré que ce coefficient dépend sensiblement de l'état physico-chimique de la surface des électrodes, ces variations (jusqu'à 50%) rendent le résultat difficilement exploitable. En revanche, la détermination de la variation de Z avec la pression, a permis un classement des différents matériaux en fonction de leur γ : une forte Z correspond à un faible γ. De plus ces travaux ont montré qu'une variation de la pression du gaz plasmagène peut compenser l'effet de γ sur l'impédance de la décharge ce qui est primordial pour la procédure de quantification. Afin de valider le procédé, nous avons analysé une couche mince organo-metallique (LiPON) et ainsi montré que la quantification est applicable aux matériaux complexes en couche mince.

Cette thèse étudie expérimentalement la possibilité de récupérer l'énergie thermique en utilisant un alliage à mémoire de forme (AMF) couplé à un matériau pyro-/piézoélectrique. Cette méthode est prometteuse pour récupérer les variations lentes et petites de température. Les premiers prototypes de récupérateurs d'énergie ont été fabriqués et ont démontré pouvoir produire une énergie spécifique intéressante. Les technologies de dépôt de couches d'AMF Ti-Ni-Cu micro-structurées ont été développées. Ce travail servira de base pour la future fabrication de micro-récupérateurs d'énergie thermique exploitant des AMFs.

Cette étude porte sur la construction d’un modèle de prévision de la durée de vie à écaillage des barrièresthermiques protégeant les aubes de turbines aéronautiques, par le développement et l’exploitation d’essaisd’adhérence. La chaîne de modélisation de la durée de vie proposée comporte trois étapes. Tout d’abord, leschamps mécaniques dans les différentes couches du système sont évalués par un modèle semi-analytique decomportement de la structure multicouche, qui a été modifié pour favoriser son adaptabilité industrielle. Àpartir de l’histoire thermo-mécanique du substrat comme donnée d’entrée, qui peut être extraite d’un calculd’aube par EF, ce modèle prévoit la déformation de l’interface entre la pièce métallique et sa protectioncéramique lorsqu’un champ de contraintes lié à l’oxydation du métal lui est appliqué. Des mesures de rumpling,provoqué par le vieillissement du système à différentes températures, ont permis d’identifier et de valider lemodèle.Dans un deuxième temps, l’énergie d’adhérence est estimée au travers d’un modèle d’endommagements’appuyant sur la réponse mécanique du modèle de comportement précédent. L’endommagement, écrit àl’échelle de l’interface et découplé du comportement mécanique, a été identifié sur l’énergie d’adhérencequantifiée expérimentalement. Afin de caractériser au mieux l’énergie d’adhérence de la barrière thermiquesur son substrat, plusieurs essais ont été mis en oeuvre, permettant de solliciter l’interface dans une largegamme de mixité modale. Pour ce faire, des essais spécifiques ont été développés pour se rapprocher d’unepropagation de la fissure interfaciale en mode de cisaillement. Finalement, un critère énergétique permet dedéterminer la durée de vie du système, par comparaison de l’énergie d’adhérence et de l’énergie disponibledans le système pour la propagation d’une fissure interfaciale. Cette chaîne de prévision de la durée de vie estapplicable en post-traitement d’un calcul d’aube. Il a été montré que les tendances expérimentales sontcorrectement reproduites par la chaîne de durée de vie mise en place. / The aim of this study is to build a lifetime assessment model for thermal barrier coatings protecting aircraftturbine blades, by setting up and using adhesion tests. The model involves three steps: first, the mechanicalfields inside the layers are computed by a semi-analytical model of the multi-layered system behaviour, whichwas improved to fit the industrial demands. Given the thermo-mechanical history of the substrate (which canbe derived from FE computations), the model computes the interface strains between the metallic substrateand the ceramic protection under a stress field induced by oxidation. The model has been identified andvalidated with respect to rumpling measurements for different ageing temperatures of the system.During a second step, the interface toughness is estimated through a damage model depending on themechanical response of the multi-layered system. The damage parameters have been identified on toughnessmeasurements, and are not coupled to the multi-layer behaviour. In order to characterize the TBC toughness,several shear mode interface crack propagation tests have been developed and carried out.Finally, an energetic approach allows computing the system lifetime by comparing the decreasing interfacetoughness to the elastic stored energy. This lifetime assessment model can be applied as a post-processing of afinite element computation on a turbine blade and it has been shown that the experimental trends areconsistent with the lifetime given by the model.

Cette thèse étudie expérimentalement la possibilité de récupérer l'énergie thermique en utilisant un alliage à mémoire de forme (AMF) couplé à un matériau pyro-/piézoélectrique. Cette méthode est prometteuse pour récupérer les variations lentes et petites de température. Les premiers prototypes de récupérateurs d'énergie ont été fabriqués et ont démontré pouvoir produire une énergie spécifique intéressante. Les technologies de dépôt de couches d'AMF Ti-Ni-Cu micro-structurées ont été développées. Ce travail servira de base pour la future fabrication de micro-récupérateurs d'énergie thermique exploitant des AMFs. / This thesis experimentally studies the possibility of thermal energy harvesting using coupled shape memory alloy (SMA)and pyro-/piezoelectric material. This method is promising for harvesting slow & small temperature variations. First prototypes of energy harvesters were fabricated and their ability to produce a considerable amount of specific energy was shown. Technologies of Ti-Ni-Cu SMA thin layer deposition & patterning were developed. This work will serve as a base for future fabrication of chip-scale thermal energy harvesters exploiting SMAs.