Prédites en 1916 par Albert Einstein, puis détectées 100 ans plus tard par les collaborations LIGO et VIRGO, les ondes gravitationnelles constituent un outil prometteur pour observer l’univers sur des échelles toujours plus grandes. Cependant, pour accéder à de plus nombreux évènements, une des principales limitations des détecteurs provient du bruit thermique des couches minces composant leurs miroirs, couches minces non cristallines de SiO2 et Ta2O5 dopé TiO2.L’objectif de ce travail est d’étudier l’origine microstructurale du bruit thermique de ces couches en utilisant les spectroscopies vibrationnelles pour, à terme, obtenir des matériaux plus performants. Il a notamment été observé que le bruit thermique diminue lorsque les miroirs sont recuits à faible température. Dans la silice, nous observons une restructuration du matériau lors du recuit qui semble suivre la diminution du bruit thermique. En particulier, un relâchement des contraintes a été constaté. En revanche, dans le Ta2O5, matériau de structure complexe et encore mal connue, l’effet du recuit sur la structure des couches apparaît plus limité, alors que celles-ci cristallisent facilement dès que la température augmente. Pour compléter la connaissance de ce matériau, des mesures in-situ hautes pressions ont été réalisées. Finalement, le rôle du dopage des couches de Ta2O5 par du TiO2 a été exploré / Predicted in 1916 by Einstein, then detected one hundred year later by the VIRGO and LIGO collaborations, the gravitational waves are a promising tool to observe the universe at scales always bigger. However, to detect a larger number of events, one of the main limitation of the detectors originates in the mirrors coatings thermal noise, thin non-crystalline layers composed of SiO2 and TiO2-doped Ta2O5. The aim of this work is to study the micro-structural origin of the layers thermal noise, by using vibrational spectroscopies, in order to, ultimately, process more efficient materials. Studies show a decrease of the thermal noise when the mirrors are annealed at low temperature. In silica, a structural reorganization happens during the annealing, following the evolution of the thermal noise. Notably, a stress relaxation has been observed. However, in Ta2O5, oxide with a complex structure not much studied, the impact of the annealing seems to be more limited, while the structure crystallizes easily as soon as the temperature increases. To complete our knowledge of this structure, in-situ high pressure measurements were conducted. Finally, the TiO2-doping effect of the Ta2O5 structures was studied

Le plâtre pris est couramment utilisé en construction, sous forme d'enduits ou d'éléments préfabriqués. Ses bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique, ainsi qu'une grande légèreté, le rendent particulièrement adapté à un emploi en intérieur. Peu d'études sont actuellement publiées sur le comportement mécanique du plâtre pris, seule la forte sensibilité de sa tenue mécanique avec la porosité est bien établie. Ce travail a pour objectif d'étudier les propriétés mécaniques du plâtre pris et de les relier à ses caractéristiques microstructurales. Le plâtre pris présente une microstructure complexe, formée d'un enchevêtrement de cristaux de gypse. La description de la microstructure est effectuée par un modèle numérique de placement de barres dans un volume. Le calcul des propriétés élastiques par la méthode des éléments finis sur ces modèles est en très bon accord avec les résultats expérimentaux. La loi de comportement du plâtre pris sec est linéaire élastique, mais l'étude de la propagation de fissures met en évidence des mécanismes de dissipation d'énergie dans le matériau. Un modèle de propagation est développé, basé sur l'interaction de la fissure avec les différents éléments de la microstructure, permettant d'interpréter le comportement expérimental. L'influence de l'eau sur le plâtre pris est considérée dans la dernière partie. L'eau entraîne une diminution des propriétés mécaniques, pouvant s'expliquer par un affaiblissement de la qualité de la liaison entre cristaux. Des essais originaux de frottement intérieur permettent de caractériser l'apparition de glissements entre cristaux de gypse, à l'origine de la non-linéarité du comportement mécanique. La sensibilité de la déformation du matériau à la vitesse de sollicitation est établie et interprétée par un modèle de comportement des contacts.

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique de recherche de structures innovantes de génératrices pour les turbines de l’éolien offshore atteignant la dizaine de mégawatts et du dimensionnement de ces structures. À cet effet, les machines synchrones à aimants permanents, à flux axial, à entraînement direct sont celles qui ont plus de potentiel énergétique pour répondre aux besoins de ces futures turbines éoliennes offshore de grande puissance. L’étude de ces structures a rendu nécessaire le développement d’un outil de dimensionnement analytique multiphysique « léger » et suffisamment précis servant à l’analyse et l’exploration de l’espace de solutions. Une nouvelle approche de modélisation analytique magnétique quasi-3D qui prend compte des effets 3D (variations des formes d’aimants permanents au rotor et les effets de bords aux extrémités radiales), est développée à cet effet pour ces structures tridimensionnelles et confirmée par une modélisation tridimensionnelle par éléments finis. La modélisation magnétique est basée sur l’approche mathématique permettant la résolution formelle des équations de Maxwell par la méthode de séparation des variables dans les différentes régions à faible perméabilité de la machine. Couplé à une modélisation thermique nodale ainsi qu’une modélisation des pertes, ce travail aboutit à un modèle dimensionnant multiphysique des machines à flux axial avec un excellent rapport « temps de calcul/précision » servant pendant les phases préliminaires du dimensionnement. / This work deals with the search for innovative structures of generators for the offshore wind turbines reaching about ten megawatts and their design. The direct drive, axial flux, permanent magnet synchronous machines are the ones which have more energy potential for these future high power offshore wind turbines. The study of these axial flux machines required the development of a fast analytical design help tool with a good accuracy for their analysis and their design. To do so, a new approach of quasi-3D magnetic analytical modeling, which takes into account 3D effects (end effects and variations of magnets forms in the rotor) is then developed and confirmed by a 3D finite elements method. Its mathematical approach is based on the formal solution of Maxwell’s equations, in low permeability regions of the machine, by the separation of variables method. Coupled with a nodal thermal modelling and the evaluation of losses, this work succeeds in a multi-physical design tool for axial flux machines with an excellent computation time to accuracy ratio.