Les plasmas et les poussières coexistent dans de nombreuses situations, aussi bien à l'état naturel (astrophysique) que dans l'industrie (microélectronique, nanotechnologie). Le milieu ainsi constitué est alors le siège de phénomènes nouveaux. Dans ce travail, différentes méthodes de formation des poussières (pulvérisation, gaz réactifs) ont été utilisées. Leur cinétique de croissance a été analysée et en particulier la formation de nanoparticules pour les applications industrielles. Les poussières acquièrent une charge négative en capturant une partie des électrons du plasma. Cette charge va fortement conditionner la dynamique et le piégeage du nuage de poussières au sein du plasma. La structure et le comportement du nuage ont ainsi été étudiés. La variation de densité électronique perturbe fortement le plasma et donne lieu à une grande variété d'instabilités qui ont été caractérisées. Finalement, le devenir de la charge électrique à l'arrêt de la décharge a été étudié.

Dans ce travail nous montrons pour la première fois que l'eau représente un élément crucial dans l'organisation des chaînes de la PANI. La formation de petites cristallites primaires de la PANI lors de la polymérisation est favorisée par l'intercalation des molécules d'eau entre les chaînes grâce à la forte hydratation des azotes amines. Une telle hydratation est également responsable de la croissance anisotrope des eristallites primaires sur un support solide lors de l'évaporation de l'eau. L'axe de croissance par la jonction des azotes amines grâce à des liaisons hydrogènes permettant l'intercalation des molécules d'eau dans le réseau cristallin de la PANI représente l'axe de la plus forte énergie de cohésion (la longueur des fibres). Cela favorise non seulement la formation des fibres perpendiculaires à la surface du support mais aussi la « transmission » de l'orientation des a-n interactions à une échelle macroscopique (jusqu'au 300 µn1, ce qui correspond à l'épaisseur des films) et finalement le transport des charges favorisé le long des fibres. Le transport des charges entre des atomes reliés par les liaisons hydrogènes à des distances plus courtes que celles assurées par les interactions n-g devrait ouvrir de nouvelles perspectives dans la création de l'électronique à base de semi-conducteurs organiques. L'introduction des anions «destructeurs» dans l'eau (tels que HCOO") est une condition indispensable pour l'hydratation des azotes amines des chaînes de la PANI. La présence des chlorures en forte concentration assure une neutralisation des charges positives (des azotes imines protonés). Une deuxième conséquence de l'augmentation de la force ionique du milieu aqueux consiste en la diminution des angles de torsion le long de la chaîne (résultats confirmés par les simulations). Les deux phénomènes favorisent la formation des cristaux de la PANI lors de la polymérisation. Il faut souligner que la formation des films auto-orientés et hautement cristallins (taux de cristallinité plus que 80%) a partir d'un système hétérogène (suspension aqueuse) par un simple séchage sur un support solide est un phénomène sans précédent dans le domaine de la cristallisation des polymères. Les anions « destructeurs » de l'eau favorisent la pénétration de l'eau dans les films de PANI semi-cristallins et même hautement cristallins. Nous montrons que le transport des SO42- dans une membrane à base de poly(vinyle chlorure) devient beaucoup plus important après un dépôt de la PANI sur sa surface, tandis que la présence de cette couche de PANI n'influence pas le transport les chlorures. Cela représente une nouvelle perspective pour la détection des anions fortement hydratés. Notre présentons un nouveau regard sur l'origine de la couleur de la PANI et des relations entre sa couleur et la conductivité. En utilisant les films de PANI hautement cristallins et ceux formés par une mono-couche de particules de diamètre de 30nm (obtenus par la technique de Langmuir-Blodgett, LB) en tant que « films models » nous montrons pour la première fois que la couleur de la PANI est le résultat non seulement du degré de protonation et/ou d'oxydation, mais aussi de la taille des éléments interagissant avec la lumière. Si cette taille est comprise entre 400 et 800 nm, la diffusion de la lumière contribue dans la couleur de la PANI. A son tour, la taille des éléments interagissant avec la lumière dépends de l'hydratation de la PANI déterminant la capacité de former les agrégats. Puis que les deux types de films de PANI sont constitués par les éléments d'une taille inférieure à 400 min, ils sont violets (une couleur attribuée à la forme pernigraniline : l'isolant), mais en même temps conducteurs. Les films hautement cristallins n'absorbent pas d'eau dans la solution aqueuse de EICI et par conséquent ne changent pas leur couleur, tandis que dans la solution d'acide formique ils absorbent 14% d'eau et deviennent bleus, mais jamais verts et sont à nouveau violets après le séchage. Plus perméables à l'eau, les films LB de PANI sont verts après immersion dans un milieu acide indépendamment du type d'acide utilisé et sont à nouveau violets après le séchage.

Les cermets, nommés M(p)-CMC(s), " Ceramic Matrix Composite dispersed with Metallic Particles ", sont prometteurs dans les applications à haute température. Un cermet modèle (304L-YSZ) constitué de 40 % vol. de particules d'acier inoxydable 304L dispersées dans une matrice de zircone partiellement stabilisée à l'yttrium a été préparé par métallurgie des poudres. Les cermets sont homogènes et possèdent une densité voisine de 97 % par rapport à la densité théorique. Une étude cinétique basée sur l'hypothèse de l'étape limitante, a été réalisée afin de proposer un mécanisme et un modèle d'oxydation du cermet. Dans un premier temps, l'oxydation de la poudre d'acier inoxydable a été étudiée sous oxygène à 800 °C. Les expériences d'oxydation sous He (80 %)-O2 (20 %) ont été conduites par thermogravimétrie. Conformément à la littérature, la cinétique d'oxydation de la poudre suit un régime de diffusion. Une couche d'oxyde à base de chrome à croissance externe est observée.En revanche, la cinétique d'oxydation du cermet modèle est différente de celle de la poudre de 304L. Un fort gain de masse est observé dès l'introduction de l'oxygène au début du palier isotherme. Pendant le palier isobare, la prise de masse est lente et n'est pas régie par la diffusion. La caractérisation des cermets oxydés montre que des nodules riches en chrome apparaissent tout d'abord à l'intérieur du métal. Puis une couche d'oxyde à base de chrome et de fer se forme par croissance externe. La matrice de zircone ne limite pas la diffusion de l'oxygène vers le métal. Elle se fissure sous l'action des contraintes mécaniques induites par le changement de volume des particules de 304L pendant l'oxydation.

On s'est intéressé dans ce travail à la modélisation 2D et 3D du procédé CIC (Compaction Isostatique à Chaud) à l'échelle mésoscopique, en vue d'une compréhension approfondie des différents mécanismes physiques impliqués dans la densification de poudre. Le modèle est formulé dans un cadre eulérien, et est basé sur l'utilisation de la méthode level-set couplée avec une technique de génération et d'adaptation de maillages éléments finis afin de modéliser la déformation des particules de poudre sur un Volume Élémentaire Représentatif (VER). La génération des particules a été effectuée avec un générateur statistique de microstructures en tenant compte d'une distribution réelle de la taille des particules. Les conditions aux limites mécaniques ont été appliquées sur le VER, entraînant la déformation des particules et la densification du VER. Dans ce travail, la déformation viscoplastique des particules a été considérée comme le seul mécanisme de densification (mécanisme prépondérant pour une grande partie du temps du procédé). A partir de données issues de simulations macroscopiques du mécanisme CIC pour le cas de particule de poudre 316L, des simulations mésoscopiques ont été réalisées (approche macro-méso). Les résultats de ces simulations sont présentés et discutés à la lumière d'une étude expérimentale (microscopie optique, MEB, EBSD et EPMA) de la structure et microstructure des particules, obtenues à partir d'essais de compactions interrompus. De plus, des essais mécaniques ont été réalisés à température ambiante sur des lopins totalement denses issus du procédé CIC.Mots clés : CIC, 316L, compaction de poudre, fonction level-set, génération et adaptation de maillages, échelle mésoscopique, étude expérimentale, microstructure, EBSD, essais mécaniques.

Un composite à matrice métallique et à renfort particulaire de carbure de titane (25vol.%) produit par la société Mecachrome par métallurgie des poudres est l'objet de cette étude. Le process industriel suit trois étapes : broyage à haute énergie des poudres d'acier et de carbure de titane (TiC) ; consolidation de la poudre composite par extrusion ou consolidation isostatique à chaud (HIP) ; traitements thermiques d'austénitisation. Les principales évolutions concernent la taille de particule, la taille de cristallite, le paramètre de maille et la composition chimique du renfort TiC. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés uniquement sur l'évolution du renfort (les évolutions de la matrice sont développées dans le travail de M. Mourot). Afin de caractériser les particules de TiC à chaque étape du process, nous avons mis en place une procédure de dissolution chimique sélective de la matrice acier. Le TiC ainsi " extrait " de la matrice a ensuite été caractérisé de façon méthodique par microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique en transmission (MET), diffraction des rayons X (DRX) et analyse chimique élémentaire. Ces techniques ont permis de révéler des changements importants indiquant des interactions physico-chimiques durant les étapes d'élaboration du composite. Ces évolutions du renfort et l'étude thermodynamique des systèmes C-Fe-Ti et C-Fe-O-Ti ont permis de proposer les mécanismes réactionnels à prendre en compte lors de l'élaboration du composite acier/TiC

Afin de caractériser l'agitation et le mélange en mélangeur Triaxe® nous avons mis au point un logiciel capable de piloter le mélangeur, de suivre les conditions opératoires — vitesses d'agitation et couples développés par les moteurs — et d'analyser la qualité du mélange obtenu en temps réel.<br /><br />Le suivi des couples développés par les moteurs lors du mélange a permis d'identifier les régimes d'écoulements présents dans ce type de mélangeur.<br /><br />La mise en œuvre et la validation de la méthode d'analyse d'image pour mesurer la qualité du mélange ont permis de suivre l'évolution cinétique de mélanges binaires de deux poudres à écoulement libre — couscous/semoule — et d'une poudre à écoulement libre et d'une poudre cohésive — couscous/lactose.<br /><br />Cette étude a permis de caractériser ce nouvel équipement de mélange, de définir les protocoles opératoires à utiliser en fonction des propriétés des poudres afin d'obtenir un mélange efficace à la fois en terme de temps de mélange court et de puissance consommée faible. Des corrélations basées sur des nombres adimensionnels ainsi qu'une corrélation liant le temps de mélange et les vitesses d'agitation ont été déterminées.

Le développement rapide des lasers ultrabrefs constitue le moteur des progrès remarquables réalisés dans l'étude de la matière soumise à une irradiation intense. La génération de rayonnement X bref, mis en évidence dans ce type d'interaction, fait l'objet d'une attention particulière en raison de son intérêt pour mener des expériences d'imagerie. La courte longueur d'onde des rayons X (0,1 à 100 Å) permet en effet de sonder par diffraction la matière avec une résolution de l'ordre de la distance interatomique et de fournir ainsi une information directe sur la structure atomique d'un matériau. Délivrés de façon pulsée, ils permettent à la façon d'un stroboscope de sonder la dynamique de phénomènes ultrabrefs.<br />Dans ce cadre, nous avons étudié l'interaction d'un faisceau laser intense et bref avec des grains de poudre en écoulement. Ce système présente un certain nombre d'avantages techniques sur les cibles conventionnelles. D'un point de vue fondamental, cette étude permet d'évaluer l'influence de la structure particulière de ce nouveau type de cible sur l'interaction laser-matière.<br />Une première phase du travail a été consacrée à l'élaboration du système d'écoulement sous vide et à un choix de poudres permettant d'étudier différents régimes d'interaction. Nous avons ensuite étudié les propriétés de cette source, telles que l'extension spatiale et spectrale, l'émissivité ou la cadence de répétition maximale. Les flux de photons X obtenus sont comparables à ceux obtenus sur cible solide massive. Les spectres X mesurés nous permettent également de comprendre les phénomènes se produisant au cours de l'interaction.

Le verre est un matériau unique inerte pouvant être recyclé infiniment sans pour autant changer des caractéristiques physico-chimiques. Toutefois, pour une raison ou une autre, de grandes quantités de verre ne sont pas recyclées et sont, par conséquent, entreposées dans les déchetteries. Son recyclage alternatif est devenu depuis longtemps un problème environnemental majeur. En outre, le verre étant un matériau potentiellement utile pour le développement des bétons écologiques, sa valorisation en ce sens semble prometteuse. Dans cette recherche, la caractérisation du fluage du béton incorporant le résidu de verre sous forme de poudre (poudre de verre, PV) en tant qu'ajout cimentaire (bétons à PV) a été effectuée par des essais aux échelles macro- et nanométrique. En premier lieu, la thèse présente les résultats de la campagne expérimentale visant à déterminer le comportement mécanique sous charge du béton à PV (seule ou en synergie avec des ajouts cimentaires classiques). Différents types de déformation ont été éxaminés, d'abord sous charge puis après déchargement : déformation quasi-instantanée, déformation mécanique totale due au maintient [i.e. maintien] durant 1 année d'une charge en compression uniaxiale, fluage total, fluage de base, recouvrance quasi-instantanée, recouvrance totale. Le retrait dans les conditions de séchage et celui endogène ont été également étudiés. Après 1 an de fluage en compression, les effets de la charge constante et du séchage sur la résistance résiduelle ont aussi été examinés. Une comparaison a été faite concernant l'état final de la porosité. Ensuite, la thèse dévoile les résultats des essais menés sur les pâtes en descendant vers leur composition et les propriétés des phases formées, notamment des silicates de calcium hydratés (des C-S-H). Tout cela, afin de conclure sur le caractère inoffensif de l'utilisation de la PV vis-à-vis du fluage.

En raison de leur Tf très élevée, les polyamides ne sont pas exploités comme revêtements poudre UV. Dans ce travail, de nouveaux revêtements poudre UV, à base de copolyamides de type AA,BB/ AB, de faible masse molaire et porteurs de groupements réactifs sous UV, ont été élaborés en vue d'une application sur supports sensibles aux hautes températures. En variant la composition relative en co-monomères dérivés d'acides gras(synthétisé ou commerciaux) et la teneur en ramifications et doubles liaisons carbone-carbone,des copolyamides renfermant de 63 à 100% de carbone biosourcé, présentant des Tg de -31 à 3°C et des Tf de 60 à 143°C, ont été développés. L'irradiation sous UV d'un copolyamide linéaire (Tf = 114°C) et de son analogue ramifié (Tf = 96°C), en présence de benzophénone et à T≥Tf, a permis de trouver un bon compromis entre la perte de cristallinité et la réticulation. En effet, les revêtements obtenus ont montré des propriétés très intéressantes pour l'application visée.

Les finitions poudres, utilisées avec succès dans l'industrie du métal, représentent aujourd'hui une alternative aux systèmes utilisés actuellement pour les substrats en bois. Cette technologie permet tout d'abord de répondre aux besoins des industriels de l'ameublement et de la menuiserie car elle est en parfait accord avec la Directive Européenne 1999/13/CEE sur la réduction des émissions des COV. De plus, l'arrivée sur le marché de formulations thermodurcissables à basse température et à polymérisation sous UV a permis d'appliquer cette technologie à des substrats thermosensibles tels que le bois et ses matériaux dérivés. Actuellement, la finition poudre donne de très bons résultats en termes de qualité sur le panneau de fibres (MDF). D'autres résultats prometteurs ont aussi été obtenus sur du contreplaqué ou du bois massif de hêtre. Etudier de près l'ensemble des facteurs influençant le procédé, en particulier la nature du support bois et sa préparation, les paramètres de poudrage et de cuisson sont les objectifs principaux l'optimisation de ce procédé à l'échelle industrielle. Par ailleurs, les interactions substrat-finition poudre, outre les caractéristiques chimiques des résines, semblent définir la qualité finale du système et sa durabilité vis-à-vis du vieillissement. Un axe supplémentaire de l'étude est de vérifier l'éventuelle fonctionnalisation des finitions poudres pour leur donner des rôles particuliers, comme par exemple l'apport d'une propriété antibactérienne ou l'adsorption de COV environnants / Powder coatings, successfully used in the metal industry, represent today an alternative to the systems currently used for wooden substrates. This technology allows first to respond to the needs of manufacturers of furniture and carpentry as it is in perfect agreement with the European Directive 1999/13/EEC on the reduction of VOC emissions. In addition, the arrival on the market of thermosetting formulations at low temperature or UV polymerization allows to apply this technology to heat-sensitive substrates such as wood and derivates. Currently, powder coating gives very good results in terms of quality on the fiberboard (MDF). Other promising results have also been obtained on plywood or solid beech. Study the factors influencing the process, in particular the nature of the substrate and its preparation, powdering and baking settings are the main objectives to optimize this process on an industrial scale. Furthermore, interactions substrate-powder coating, in addition to the chemical characteristics of resins, seem to define the final quality of the system and its durability against aging. An additional axis of the study is to verify the possible functionalization of powder coatings provide particular roles, such as for example the provision of an antibacterial property or the adsorption of surrounding VOC