De façon à réduire l'impact du réchauffement climatique, la Commission Européenne a décidé dans le prolongement du protocole de Kyoto de réduire drastiquement les émissions de gaz à effet de serre. En la matière, le remplacement progressif des véhicules thermiques par des véhicules électriques est considéré comme un objectif clé. Dans ce but, plusieurs prérequis doivent être pris en compte pour le déploiement rapide des véhicules électriques sur le marché européen. Le premier de ces prérequis consiste en la conception d'une nouvelle génération de batteries avec une efficacité énergétique accrue, une plus grande capacité et une robustesse améliorée. Le second prérequis est la conception et le déploiement rapide et économique d'infrastructures de recharge. Enfin, l'émergence de normes européennes dans tous ces domaines est une impérieuse nécessité pour la viabilité économique du marché européen des véhicules électriques. Cette thèse se focalise essentiellement sur le second de ces trois prérequis. Il est largement admis qu'à court terme, l'usage des véhicules électriques sera essentiellement limité aux zones urbaines avant d'être étendu à tout le territoire. Tel que cela est pris en compte par le projet de recherche national TELEWATT dans lequel nous avons été impliqués, les réseaux d'éclairage publics en zones urbaines peuvent être utilisés judicieusement pour déployer à court terme des infrastructures de recharge bon marché. Le principe de base de ce projet consiste à connecter à chaque candélabre une ou deux stations de recharge pour véhicule électrique si une ou deux places de parking sont disponibles dans l'environnement proche. Diverses contraintes électriques spécifiées dans le projet TELEWATT doivent être satisfaites pour permettre la recharge de véhicules électriques sans perturber la qualité de l’éclairage. Dans cette thèse, nous commençons par démontrer la faisabilité d’une telle opération. Pour cela, nous avons développé un simulateur permettant de décrire le comportement dynamique du système global. La force et l’originalité de ce simulateur réside dans sa capacité à déterminer en temps-réel et avec laprécision nécessaire si un véhicule électrique peut effectivement être connecté à une borne. La réponse à cette question dépend des caractéristiques statiques et dynamiques du réseau d’éclairage et de l’état de charge des véhicules déjà connectés comme des véhicules candidats. La dynamique du processus de recharge de chaque véhicule électrique dépend fortement de la puissance instantanée consommée par l’infrastructure globale. Le second objectif original de cette thèse consiste en la conception de politiques d’ordonnancement d’activation des diverses bornes de recharge. Notre objectif est de proposer, via ces politiquesd’ordonnancement, divers types de qualité de service (QoS) garanties aux usagers. De telles garanties peuvent par exemple se décliner en termes d’état de charge attendu pour une certaine durée de stationnement. / In order to reduce the impact of global warming, the European Commission has decided in the continuation of the Kyoto protocol to reduce drastically greenhouse gas emissions. In this matter, the progressive replacement of thermal vehicles by electric ones is considered as a key objective. For that purpose, several prerequisites must be considered for the rapid deployment of Electrical Vehicles (EV) in the European market. The first of these prerequisites consists in the design of a new generation of batteries with higher energy efficiency, larger capacity and improved robustness. The second one is the design and rapid deployment of cost effective charging infrastructures. At last, the emergence of European standards in all these matters is an imperious necessity for the viability of the EVs European market. This thesis is mainly focused on the second of these three prerequisites. It is widely admitted that in the short term, EVs usage will be essentially limited to urban areas before being extended to the whole territory. As it is considered by the French National TELEWATT research project to which we have contributed, street lighting networks can be used judiciously to deploy in the short term low cost charging infrastructures. The basic principle of this project consists in coupling to each street light one or two EV's charging stations if one or two parking spots are located nearby. Various electrical constraints specified in the TELEWATT project must be satisfied to enable EVs' charging without degrading the quality of the lighting system. In this thesis, we begin to demonstrate the feasibility of such an operation. For that purpose, we have developed a simulator enablingto depict the dynamic behavior of the global system. The strength and originality of this simulator resides in its capacity to determine in real-time and with the necessary precision if an EV can effectively be connected to a charging station. The response to this question depends on static and dynamic characteristics of the street lighting network and on the state of charge of the batteries of both the connected and candidate EVs. The dynamism of the charging process of each EV strongly depends on the instantaneous power consumed by the global infrastructure. The second original result of this thesis consists in the design of scheduling policies to activate the various charging stations. Our objective is to propose via these scheduling policies, various types of guaranteed Quality of Service (QoS) to the end-users. Such guarantees can be declined for instance in terms of expected state of charge for a given parking term

La thèse s'attache à l'étude des processus hydrodynamiques et hydro-sédimentaires ``cross-shore'' affectant la morphodynamique des plages sableuses dissipatives soumises à l'action des vagues, de la marée et des rechargements artificiels. La méthode choisie, qui s'appuie sur la modélisation numérique déterministe, couple le modèle de propagation de vagues FUNWAVE basé sur les équations complètement non linéaires de Wei et al. avec deux modèles de transport sédimentaire et un module d'évolution morphologique. Le premier modèle de transport, 1DH, intègre la vitesse près du fond corrigée par Lynett et la formule de transport sédimentaire total de Bailard. Le second modèle, pseudo-2DV, est une juxtaposition de modèles 1DV de turbulence exprimée en coordonnée sigma. Ce double outil est validé par des mesures de laboratoire (principalement dans le canal Delta Flume du Delft Hydraulics aux Pays-Bas) et in situ sur la plage de Pentrez en baie de Douarnenez (Finistère). Il reproduit bien la propagation des vagues, la distribution verticale des vitesses et des concentrations de sédiments en suspension, et de manière satisfaisante en dépit d'un lissage excessif l'évolution morphologique comme le mouvement des barres. La version 1DH, plus stable et moins coûteuse en temps calcul que la version pseudo-2DV, a été appliquée pour quantifier l'influence des différents paramètres sur la morphodynamique de plages planes soumises à l'action conjuguée des vagues et de la marée. Les résultats des simulations sont conformes au modèle descriptif de Masselink et Short. Finalement, ce modèle 1DH a été mis en oeuvre pour explorer l'évolution de rechargements artificiels et esquisser quelques recommandations préliminaires sur leur pratique.

Le travail de thèse présenté est dédié à la mise en forme des pièces rechargées. L'idée initiale est d'inverser la gamme de fabrication " conventionnelle " consistant à recharger une pièce pré-ébauchée en faisant la mise en forme d'un " lopin " préalablement rechargé. Les avantages escomptés de cette gamme vient dans un premier temps de ce qu'on recharge une forme simple. Ceci devrait faciliter l'automatisation du rechargement et également le amélioration les structures métallurgiques de solidification issues du soudage. Les travaux concernent dans un premier temps la mise en place d'une méthodologie pour la maîtrise de l'opération de rechargement sur des formes simples pour mettre en place le lien entre le taux de dilution, l'énergie nominale de soudage et la qualité métallurgique des revêtements obtenus. Dans un deuxième temps, le travail s'est concentré sur l'étude du comportement en mise en forme des pièces rechargées. La difficulté provient du fait que le comportement du revêtement n'est pas connu. Deux essais de caractérisation ont été étudiés, le pliage à chaud et l'essai d'écrasement. Cette étude a consisté à estimer leur aptitude à évaluer la forgeabilité d'un multi matériaux concernant les trois échelles de forgeabilité: l'échelle du revêtement correspondant au comportement rhéologique du matériau du revêtement incluant sa limite de ductilité à chaud, l'échelle du revêtement incluant le revêtement et la partie proche du substrat et l'échelle de la pièce. Les simulations à partir de modèle analytique ou numérique par éléments finis ainsi que les essais expérimentaux ont permis d'évaluer la forgeabilité du bi-matériau. Les essais expérimentaux de forgeabilité devront également caractériser les transformations métallurgiques se produisant dans le revêtement et le substrat pour qualifier et quantifier le gain potentiel.

Dans l’industrie de la verrerie, le laser cladding est une technique de rechargement très innovante permettant de déposer une couche très fine d’un alliage à base de nickel pour protéger les moules (utiles à la fabrication de bouteilles en verre) de la corrosion, de l’abrasion ainsi que de la fatigue thermique. La méthode utilisée ici (fusion de poudre projetée par laser) est très courante en fabrication additive. Cette étude s’intéresse à l’impact du rechargement sur le dépôt et les substrats en Cu-Ni-Al et en fonte GL. L’influence sur la microstructure ainsi que sur le comportement mécanique a pu être étudiée (MEB et microanalyses, dureté, contraintes résiduelles ...). Nous nous sommes focalisés sur l’apparition de défauts tels que le manque d’accroche lors du laser cladding sur du Cu-Ni-Al et sur la possible fissuration lors du rechargement sur de la fonte GL. Le but est bien sûr de s’affranchir de ces défauts. Il a notamment été mis en évidence que le manque d’accroche (cas du Cu-Ni-Al) est lié à la distribution gaussienne de la poudre qui atténue la puissance incidente du laser au niveau du pic de poudre. Le manque d'accroche n'est pas détecté sur le substrat en fonte en raison de sa forte absorptivité et de sa faible conductivité thermique. Néanmoins, des fissures peuvent être observées en raison de contraintes résiduelles thermiques et de la présence d'une zone affectée thermiquement. De plus, l’analyse statistique ANOVA a permis une optimisation des paramètres de rechargement de telle sorte à obtenir une accroche dans toute la section tout en respectant les préconisations géométriques données par les Établissements CHPOLANSKY pour le cordon. / In glass industry, the laser cladding is an innovative surfacing technique allowing to deposit a very thin layer of nickel to protect glass mold (useful for glass bottle production) against corrosion, abrasion and thermal fatigue. This method (powder fusion by projection) is well known in additive manufacturing. The aim of this work is to observe the impact of the laser cladding on the coating behavior but also on the Cu-Ni-Al and flake-graphite cast iron substrates. The microstructure and the mechanical properties were studied (SEM and microanalysis, microhardness, residual stress …) around the interface cladding/substrate. The work was also focused on the defects like lack of bonding but also on cracking behavior during surfacing on cast iron. The purpose was to prevent from those defects. This work showed that the lack of bonding to the Cu-Ni-Al substrate is due to the gaussian distribution of the powder which attenuates the input laser power at its peak. The lack of bonding is not detected on cast iron substrate thanks to its high absorptivity and low thermal conductivity. Nevertheless, cracks can be observed due to thermal residual stresses and the presence of a thermal affected zone. The ANOVA technique allowed us to optimize the processing parameters in order to obtain a perfect bonding and the geometry wanted by CHPOLANSKY Establishments.

Les superalliages à base de nickel durcis par précipitation γ' et notamment l'Inconel 738 LC (IN738LC), sont des matériaux largement utilisés dans les parties chaudes de turbomoteurs d'avions et d'hélicoptères. Ces matériaux disposent d'excellentes propriétés mécaniques à haute température. Toutefois, des défauts ou des fissures peuvent apparaitre sur ces pièces, lors de leur élaboration par fonderie ou bien pendant leur durée en service, ce qui nécessite leur réparation. Cependant, les pièces constituées en IN738LC sont sujettes à de la fissuration au cours des procédés de réparation de type soudage. Il s'avère que le rechargement laser est une technique de fabrication additive prometteuse permettant de réparer des pièces abimées. Le présent travail consiste en l'étude de la réparabilité par projection de poudre de l'alliage IN738LC réputé non soudable. Cette étude comporte deux volets expérimentaux et numériques du rechargement de pièces en Inconel 738 LC au moyen du procédé CLAD. Pour cela, nous avons réalisé des essais de rechargement suivant plusieurs configurations illustrant les cas de réparations rencontrés industriellement. Deux mécanismes de fissuration distincts sont mis en évidence respectivement dans la zone affectée thermiquement du substrat et dans le dépôt. Une simulation multi-physique est également développée pour rendre compte des phénomènes thermiques, mécaniques et métallurgiques observés lors du rechargement laser. Ces simulations sont comparées à des mesures expérimentales pour validation. Enfin, ces outils de simulation sont utilisés afin de définir des critères numériques de risque de fissuration. En résumé, un préchauffage à haute température permet d'éliminer le risque de liquation et donc de fissures dans la ZAT ainsi que dans les dépôts, ce qui démontre qu'il est possible d'envisager une réparation sur cet alliage réputé non soudable. / Y' hardened nickel-based superalloys, such as Inconel 738 LC (IN738LC), are materials which are extensively used in hot sections parts of helicopter and aircraft engines. Those materials exhibit enhanced mechanical properties at high temperature. Nevertheless, cracking and several defects can occur on these parts during casting or during their service life. However, welding type repairing processes can lead to considerable cracking of IN738LC superalloy. It appears that laser cladding is a promising additive manufacturing technology which allows the repair of damaged parts. The present work main objective is aimed at investigating Inconel 738 LC repair by laser cladding. Both experimental and numerical aspects are studied for the repair of IN738LC by means of the CLAD process. Experimental laser clad deposits are produced under several configurations following industrial cases. Two distinct cracking mechanisms are identified in the heat-affected zone and within the deposit, respectively. A multi-physics simulation of laser cladding is developed in order to take into account thermal, mechanical and metallurgical phenomena. Simulation is compared to experimental measurements for validation. Finally, these numerical tools are used to define cracking risk criteria. In summary, a high preheating of the samples allows to suppress liquation and HAZ cracking, but also to obtain un-cracked deposit, which indicates that the repair of non-weldable alloys is possible.

Au cours des procédés de mise en forme du verre creux, les outillages de verrerie sont soumis à des conditions extrêmes avec des températures pouvant dépasser largement 650 °C. De plus, ces derniers sont exposés à des phénomènes d'abrasion sévères et à des réactions physico-chimiques complexes avec le verre fondu. Ceci est particulièrement accentué par les cycles thermiques dus aux contacts répétés avec le verre. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer des solutions innovantes de dépôts de superalliages et/ou traitements de surface destinés à augmenter la durée de vie des outillages. Trois axes d'innovation sont présentés dans ce mémoire. Le premier concerne l'étude du dépôt de poudre composite Co/NiB par soudure PTA (Plasma Transfered Arc) sur des moules en alliage cuivreux. Le second est dédié à l'étude de la faisabilité technique d'un dépôt PVD (Physical Vapor Deposition) multicouche à gradient fonctionnel, présentant des caractéristiques intéressantes pour des applications verrières en termes de dureté et de stabilité thermique, sur des poinçons en acier AISI 431. Enfin, le troisième axe de recherche fait l'objet d'une analyse plus approfondie et concerne l'étude de la nitruration par implantation d'ions azotes multichargés, également sur un acier AISI 431. On observe après implantation une augmentation significative de la dureté (+ 240 %). Une approche multi-expérimentale et multi-échelle est alors proposée afin d'étudier la microstructure du matériau implanté ainsi que son évolution après un recuit de 1h à 650 °C de manière à anticiper le comportement du matériau en production, et de corréler ceci aux propriétés de dureté / Glass moulds have to withstand very high temperatures which can far exceed 650 °C during the glass forming process. They are exposed to very tough conditions such as abrasive wear and physico-chemical reactions, accentuated by thermal shocks due to high speed contact with hot glass melt. The aim of this work is to find innovative solutions for superalloy coating or surface treatments in order to increase the service life of glass tools. Three innovation projects are presented in this report. The first one is dedicated to PTA (Plasma Transferred Arc) welded coating of composite Co/NiB powder on copper alloy moulds. The second one is about technical feasibility of a multilayer PVD (Physical Vapor Deposition) coating with properties congruent to glass production in term of hardness and thermal stability, on AISI 431 plunger stainless steel. Last but not least, the third innovative project is about nitriding by ion implantation with multicharged nitrogen ions on AISI 431 stainless steel. We notice after ion implantation a significant hardness increase (+ 240 %). A multi-experimental and multi-scale approach was carried out in order to study the implanted material microstructure and its evolution after annealing at 650 °C during 1h to predict the material behavior during production and correlate it to hardness properties

Cette étude répond à une demande industrielle de réparation d’une pièce aéronautique en alliage d’aluminium 6061 à l’aide d’un procédé de soudage à l’arc. La première partie est consacrée à la comparaison des procédés Metal Inert Gas (MIG), MIG pulsé, Tungsten Inert Gas et MIG Cold Metal transfer (CMT). C’est ce dernier procédé qui a été sélectionné pour ses aptitudes particulières, comme son bon contrôle des paramètres et le faible endommagement produit dans le métal de base. Puis, deux métaux d’apport ont été testés – les alliages 5356 et 6061 – avec deux stratégies de réparation : le soudage et le rechargement. Les résultats d’essais mécaniques ont démontré que le rechargement avec l’aluminium 5356 est l’option la plus adaptée pour cette application. Les essais sur pièce réelle ont prouvé la pertinence de cette approche.La zone affectée thermiquement générée, dans l’alliage 6061, par les procédés de soudage à l’arc a également été caractérisée. Il a été mis en évidence une variation de la microstructure associée aux changements de propriétés mécaniques de cette zone. Enfin, les essais exploratoires de soudage homogène à l’arc, c’est-à-dire, avec le métal d’apport en 6061, ont prouvé qu’il était possible, dans certaines conditions, de souder sans générer de fissuration, bien que, cet aluminium soit réputé comme étant insoudable de cette manière. / This study responds to an industrial demand of repair using an arc welding process. It concerns an aeronautical piece made in 6061 aluminium alloy. The first part of the study is devoted to the comparison of processes Metal Inert Gas (MIG), pulsed MIG, Tungsten Inert Gas and MIG Cold Metal Transfer (CMT). It is the latter process that was selected for its special abilities, such as its good control of parameters and the low damaging produced in the base metal. Then, two filler alloys were tested – 5356 and 6061 aluminium alloys– with two repairing strategies : welding and building up. The results of mechanical tests showed that building up with aluminum 5356 is most suitable option for this application. The trials on the real piece showed the relevance of this approach.The heat affected zone generated by the arc welding process in the 6061 base metal was also characterized. It was shown a varaition of microstructure associated with the change of mechanical properties in this zone. Finally, exploratory trials of homogeneous arc welding, i.e., with the 6061 filler alloy showed that it was possible, with certain conditions, to weld without generating weld cracking, although, this aluminium is deemed unweldable by this way.

L’objectif de cette thèse est la détermination des causes du phénomène d'érosion marine, et la production de propositions d'orientation pour la protection de la plage de l’Almanarre. L'étude commence par la collecte et l'analyse de toutes les données disponibles, pour trouver des règles d’évolution du tombolo de Giens. Puis, le logiciel de modélisation MIKE a été appliqué pour confirmer l'hypothèse et à obtenir une meilleure connaissance de la dynamique à l’œuvre au tombolo Ouest. Ensuite, nous avons couplé des facteurs simultanément : les houles, les courants côtiers, et les transports des sédiments pour les différents régimes de houle et de vent dans MIKE 21. Enfin, la possibilité de stabiliser le tombolo Ouest est discutée pour donner des suggestions sur les choix de solutions adaptées. / The objective of this thesis is the determination of the causes of sea erosion phenomenon, and the production of policy proposals for the protection of the beach. The study begins with the collection and analysis of all available data, to find evolution rules of tombolo of Giens. Which aims to explain how the hydrodynamic processes and sediment transport occur. Then MIKE modeling software was applied to confirm the hypothesis and get a better understanding of the dynamics at work in the Western tombolo. Then, we coupled factors simultaneously: waves, coastal currents and sediment transport for different regimes of wave and wind in MIKE 21. Finally, the possibility of stabilizing the Western tombolo is discussed to give suggestions on the choice of solutions.

Dans le domaine du forgeage à chaud de pièces aéronautiques, les matrices en acier sont couramment rechargées, sur quelques millimètres d’épaisseur, par un alliage base cobalt (Stellite 21) déposé par procédé de soudage à l’arc (MIG). Dans le cadre de ce travail de thèse, ce rechargement « classique» est comparé à des rechargements Stellite 21 et Stellite 6 déposés par deux procédés émergents dans ce domaine, le PTA et le LASER. L’objectif est d’apporter des éléments de compréhension aux mécanismes d’endommagement de surface, notamment par écoulement plastique, de ces différents rechargements afin de dégager des voies d’amélioration pour augmenter la durée de vie des matrices. Pour cela, des essais tribologiques (semi-industriels et laboratoire) ont été mis en œuvre pour créer des endommagements de surface comparables à ceux observés sur matrices industrielles. Associées à ces essais, des investigations microstructurales, structurales et mécaniques multi-échelles ont été réalisées (traction, flexion, microdureté, MO, MEB, MEB-STEM, DRX, EBSD). Selon les couples « nuance/procédé » de rechargement, des mécanismes de déformation plastique par glissement des dislocations parfaites et par transformation de phase CFC en HC ont été identifiés. L’activation de ce dernier a pu être reliée à la température de transformation allotropique CFC/HC du cobalt. Cette température dépend à la fois (i) des éléments d’addition, variant en fonction de la nuance déposée (Cr, C,...), (ii) de la dilution (variation de la teneur en Fe) liée aux paramètres de soudage et (iii) du nombre de couches déposées. De plus, une influence significative de la transformation de phase sur l’évolution du coefficient de frottement a été mise en évidence. En effet, dans le cas où la transformation de phase n’est pas observée, le coefficient de frottement est stable durant l'essai alors qu'une chute de la courbe de coefficient de frottement a été reliée avec la transformation de phase CFC en HC. Parallèlement, l'écoulement plastique des dendrites est observé en extrême surface sur quelques dizaines de micromètre d'épaisseur dans la direction de glissement. Cet écoulement est associé à une forte texturation morphologique et cristallographique de la phase identifiée (CFC ou HC), avec une orientation des plans de plus grande densité atomique parallèlement à la surface de glissement. Les résultats montrent également que sous sollicitations tribologiques, un important durcissement est observé en surface (jusqu'à 90%) et une corrélation a pu être établie entre l'augmentation de la microdureté et le taux de déformation plastique. / In the field of hot forging of aeronautical parts, the steel dies are commonly hardfaced, on few millimeters thick, by a cobalt-based alloy (Stellite 21) deposited by arc welding (MIG). As part of this thesis, this "classic" hardfacing is compared to Stellite 21 and Stellite 6 hardfacings deposited by two emerging processes in this area, the PTA and the LASER one. The objective is to assess surface damage mechanisms, especially induced by plastic strain, of these various hardfacings. Tribological tests (laboratory and semi-industrial) were used to create surface damage comparable to those observed in industrial dies. Associated with these tests, multiscale microstructural, structural and mechanical investigations have been performed (tensile, bending, microhardness, OM, SEM, STEM, XRD, EBSD). According to the « material/process » couple, plastic strain mechanisms by perfect dislocation glide and by FCC to HCP phase transformation have been identified. The activation of the latter has been connected to the temperature of the allotropic phase transformation (FCC/HCP) in cobalt. This temperature depends on (i) the alloying elements, varying according to the deposited grade (Cr, C, ...), (ii) the dilution (Fe content evolution) connected to the welding parameters and (iii) the number of deposited layer. Moreover, a significant influence of the phase transformation on the evolution of the friction coefficient has been evidenced. Indeed, if the phase transformation is not observed, the friction coefficient is stable during the test, while a drop of the friction coefficient curve is connected with the FCC to HCP phase transformation. Moreover, the plastic flow of dendrites is observed at the extreme surface, on a few tens of micrometres in thickness, in the direction of sliding. It is associated with a high morphologic and crystallographic texturing of the identified phase (FCC or HCP), with the highest atomic density planes mostly oriented parallel to the sliding surface. The results also show that, under tribological laodings, a significant hardening is observed on the surface (up to 90%) and a correlation has been established between the increase in the microhardness and the plastic deformation ratio.