Les environnements ont tendance à être plus sévères (plus chauds et quelquefois plus froids). À ce titre, l'électronique de puissance haute température est un enjeu majeur pour le futur. Concernant les technologies d'assemblage à haute température, les brasures haute température comme l'alliage 88Au/12Ge, 97Au/3Si et 5Sn/95Pb pourraient supporter ces niveaux de contraintes thermiques, qui sont actuellement développées pour répondre à ces exigences. Nous avons effectué les caractérisations électriques, mécaniques et thermomécaniques des matériaux d'assemblage. Une étude thermique a réalisée par des méthodes expérimentales et des simulations numériques, l'étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d'estimer les influences des différents paramètres sur la performance thermique de l'assemblage. En plus, les cyclages thermiques passif de grande amplitude sont effectués pour analyser la fiabilité des modules de puissance dans ces conditions d'utilisation.

Les environnements ont tendance à être plus sévères (plus chauds et quelquefois plus froids). À ce titre, l’électronique de puissance haute température est un enjeu majeur pour le futur. Concernant les technologies d’assemblage à haute température, les brasures haute température comme l'alliage 88Au/12Ge, 97Au/3Si et 5Sn/95Pb pourraient supporter ces niveaux de contraintes thermiques, qui sont actuellement développées pour répondre à ces exigences. Nous avons effectué les caractérisations électriques, mécaniques et thermomécaniques des matériaux d’assemblage. Une étude thermique a réalisée par des méthodes expérimentales et des simulations numériques, l’étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d’estimer les influences des différents paramètres sur la performance thermique de l’assemblage. En plus, les cyclages thermiques passif de grande amplitude sont effectués pour analyser la fiabilité des modules de puissance dans ces conditions d’utilisation. / The environments tend to be more severe (hotter and sometimes colder). As such, the high temperature power electronics is a major challenge for the future. Concerning the technologies for high temperature assembly, high temperature brazing alloy as 88Au / 12Ge, 97Au / 3Si and 5Sn / 95Pb could support these levels of thermal stresses, which are being developed to answer these requirements. We performed the electric, mechanical and thermomechanical characterizations for the materials of assembly. A thermal study was realized by experimental methods and numerical simulations, the numerical study is carried out in ANSYS in order to estimate the influences of the various parameters on the thermal performance of the assembly. In addition, the passive thermal cycles of large amplitude are conducted to analyze the reliability of the power modules in these conditions.

L'utilisation des composites dans la construction des bâtiments ou des ouvrages d'art est de plus en plus importante car ces matériaux présentent des atouts indiscutables comme un très bon rapport performance / poids ou une facilité de mise en oeuvre. Cependant, leur essor est ralenti par certaines faiblesses dont l'une des plus importantes est leur souplesse qui induit des déplacements élevés et des risques d'instabilités importants qui ne permettent pas d'exploiter tout le potentiel de ces matériaux. Dans le cas d'éléments de structure fléchis, une des solutions consiste à associer les profilés composites à une dalle en béton armé. La connexion est établie par des butées mécaniques, par collage, ou l'association des deux. L'objectif général de ce travail est d'étudier le comportement des structures mixtes GFRP-Béton fléchies sous chargement statique instantané : Cette étude comporte un volet expérimental lourd et un volet de modélisation numérique. Elle a été abordée à 3 échelles : matériaux, interface, et structure. Trois modes de connexion ont été exploités. Sur le plan expérimental, nous avons d'abord caractérisé tous les matériaux utilisés : composite, béton, adhésif, acier des armatures et des connecteurs. Puis, la caractérisation à l'échelle de l'interface a été effectuée par l'essai push-out dans différentes configurations (7 séries d'essais au total). Enfin, le comportement à l'échelle d'éléments de structure a été étudié sur des mono-poutres pour des portées allant de 2 m à 4.8 m, sur des poutres composites seules ou sur des poutres mixtes (10 poutres au total). Une passerelle bi-poutre de 4.8 m de portée a également été testée dans la même configuration et jusqu'à la ruine. La modélisation du comportement de ces poutres hybrides a été effectuée selon 2 cas théoriques. Elles ont d'abord été modélisées dans le cadre de la théorie des poutres multicouches, dans le domaine élastique et à l'approche de la ruine. Selon le mode de connexion, le glissement à l'interface est pris en compte ou négligé. Ces poutres ont également été modélisées par la MEF en utilisant des éléments volumiques et en considérant une connexion parfaite. Les résultats d'essais montrent le comportement correspondant à chaque mode de connexion : la connexion par butées mécaniques simples est à ce jour celle qui s'avère la plus efficace. Les écarts modèle / calculs restent acceptables sauf à proximité de l'interface où les déformations peuvent être affectées par la fissuration du béton qui reste difficile à prédire de façon précise. La simulation numérique donne des valeurs très proches de la réalité et répond aux questions posées lors de l'expérience / Advanced composites are increasingly used in construction thanks to their indisputable advantages such as high strength to weight ratio and ease of implementation. However, their growth is hindered by a main weak point: low stiffness. Advanced composites risk instabilities under high loads which make it not possible to exploit their full potential. Considering flexural elements, one of the solutions proposed consists in associating the composite profiles with a reinforced concrete slab. The connection of both materials is either established by bolting, bonding or a combination of both techniques.In this study, 3 different connection modes were tested on structural elements with different spans. Previously, to characterize the mechanical behavior of the interface, 35 push out specimens having bolted or bonded connections were prepared and tested. In addition, all materials used were characterized.A composite beam (Pu1) and 8 hybrid beams (PB1-PB8) were tested under 3 points bending up to failure. The results are exploited to construct and test a hybrid footbridge. 7 push out series were tested and digital image correlation was used to analyze the behavior at the interface and measure the displacement fields to determine the slip. Concrete, GFRP, bolts, the adhesive and the concrete reinforcing steel bars were all characterized.The experimental data obtained from the tests is compared to calculation results obtained by a multi-layer beam model within service limit states and at ultimate ones. Besides, a 3D finite element model was developed to provide more accurate results.The results allow distinguishing 3 behavior modes relative to the 3 connection types: the connection by mechanical studs proves to be the most efficient so far. The measurements are also compared to the results obtained by a multi-layer beam model. The differences are acceptable except in the vicinity of the interface where the deformations can be affected by the cracking of the concrete which remains difficult to predict precisely. The 3D simulations present with an excellent agreement the experiments and explain some observations obtained

Le corps humain et les vêtements sont toujours en interaction directe avec l’environnement, le corps devant maintenir sa température à environ 37°C. Les transferts de chaleur sont affectés non seulement par les propriétés de l’étoffe constitutives du vêtement, mais également par l’épaisseur de la couche d’air entre le corps et le vêtement. Les propriétés thermiques de la couche d’air dépendent de son étendue, influencée par les courbures du corps humain, des propriétés mécaniques de l’étoffe et de la forme du vêtement. Il est donc nécessaire de déterminer la forme 3D du corps et la répartition, l’étendue et l’épaisseur de la couche d’air ainsi que les zones de contact entre la peau et le vêtement dans des conditions posturales de la vie courante. Dans la présente étude, l’influence thermique de couches d’air homogènes (épaisseur constante) et hétérogènes (épaisseur variable) a été montrée. De plus, la distribution des couches d’air et de l’aire de contact réelle a été analysée minutieusement. L’influence des conditions posturales (à l’aide d’un mannequin) et du mouvement (à l’aide d’un logiciel de simulation de mouvement) a été étudiée dans différents cas. Une méthode de post-traitement des données provenant du logiciel de simulation 3D de mouvement a alors été mise au point. Les résultats montrent que le niveau de confort peut être ajusté en sélectionnant l’étoffe et la forme du vêtement et que cela dépend de la région du corps. La connaissance issue de cette étude sera directement utilisée en modélisation des transferts de chaleur au travers des vêtements et contribue à l’amélioration de la conception des vêtements pour la protection ou la pratique sportive. / In real life, human body and clothing are always in direct interaction with environment, where human body attempts to keep its core temperature constant at around 37 °C by physiological thermoregulatory processes. The heat transfer from the wearer’s body to the environment is affected not only by the fabric properties but also by the presence of air layers and the contact between body and garment. The thermal properties of air layer are related to its size, which in turn, depends on the form of the wearer’s body, mechanical properties of fabric and garment design. Therefore, it is necessary to determine the three dimensional (3D) map and the quantitatively determination of air layers and contact area on the garment in real life situations, such as for various body postures and movement. In the present study, a comparison of the thermal effect of the heterogeneous and homogeneous air layers was sought. Additionally, the distribution of air layers and the contact area for lower body garments were analysed systematically. The effect of various body posture and movement on sought parameters was investigated. Moreover, new method was introduced to post-process the sought parameters for the ready output from 3D simulation software. Consequently, the results of this study indicated that the comfort level of the human body can be adjusted by selection of fabric type and the design of ease allowances in the garment depending on the body region and given purpose. The knowledge gained in this study will be directly used in modelling of the dry and latent heat transfer through garment and contribute to the improvement of clothing design for protective and active sport garments.

<p>Subcutaneous administration has become a common approach for drug delivery of biotherapeutics, such as monoclonal antibodies, which is achieved mainly by absorption through the lymphatic system. This dissertation focuses on the computational modeling of the fluid flow and solute transport in the skin tissue and the quantitative investigation of lymphatic uptake. First, the various mechanisms governing drug transport and lymphatic uptake of biotherapeutics through subcutaneous injection are investigated quantitatively through high-fidelity numerical simulations, including lymphatic drainage, blood perfusion, binding, and metabolism. The tissue is modeled as a homogeneous porous medium using both a single-layered domain and a multi-layered domain, which includes the epidermis, dermis, hypodermis (subcutaneous tissue), and muscle layers. A systematic parameter study is conducted to understand the roles of different properties of the tissue in terms of permeability, porosity, and vascular permeability. The role of binding and metabolism on drug absorption is studied by varying the binding parameters for different macromolecules after coupling the transport equation with a pharmacokinetic equation. The interstitial pressure plays an essential role in regulating the absorption of unbound drug proteins during the injection, while the binding and metabolism of drug molecules reduce the total free drugs. </p> <p>  </p> <p>The lymphatic vessel network is essential to achieve the functions of the lymphatic system. Thus, the drug transport and lymphatic uptake through a three-dimensional hybrid discrete-continuum vessel network in the skin tissue are investigated through high-fidelity numerical simulations. The explicit heterogeneous vessel network is embedded into the continuum model to investigate the role of explicit heterogeneous vessel network in drug transport and absorption. The solute transport across the vessel wall is investigated under various transport conditions. The diffusion of the drug solutes through the explicit vessel wall affects the drug absorption after the injection, while the convection under large interstitial pressure dominates the drug absorption during the injection. The effect of diffusion cannot be captured by the previously developed continuum model. Furthermore, the effects of injection volume and depth on the lymphatic uptake are investigated in a multi-layered domain. The injection volume significantly affects lymphatic uptake through the heterogeneous vessel network, while the injection depth has little influence. At last, the binding and metabolism of drug molecules are studied to bridge the simulation to the experimentally measured drug clearance. </p> <p><br></p> <p>Convective transport of drug solutes in biological tissues is regulated by the interstitial fluid pressure, which plays a crucial role in drug absorption into the lymphatic system through the subcutaneous (SC) injection.  An approximate continuum poroelasticity model is developed to simulate the pressure evolution in the soft porous tissue during an SC injection. This poroelastic model mimics the deformation of the tissue by introducing the time variation of the interstitial fluid pressure. The advantage of this method lies in its computational time efficiency and simplicity, and it can accurately model the relaxation of pressure. The interstitial fluid pressure obtained using the proposed model is validated against both the analytical and the numerical solution of the poroelastic tissue model. The decreasing elasticity elongates the relaxation time of pressure, and the sensitivity of pressure relaxation to elasticity decreases with the hydraulic permeability, while the increasing porosity and permeability due to deformation alleviate the high pressure. </p> <p><br></p> <p>At last, an improved Kedem-Katchalsky model is developed to study solute transport across the lymphatic vessel network, including convection and diffusion in the multi-layered poroelastic tissue with a hybrid discrete-continuum vessel network embedded inside. The effect of different drug solutes with different Stokes radii and different structures of the lymphatic vessel network, such as fractal trees and Voronoi structure, on the lymphatic uptake is investigated. The drug solute with a small size has a larger partition coefficient and diffusivity across the openings of the lymphatic vessel wall, which favors drug absorption. The Voronoi structure is found to be more efficient in lymphatic uptake. </p> <p><br></p> <p>The systematic and quantitative investigation of subcutaneous absorption based on high-fidelity numerical simulations can provide guidance on the optimization of drug delivery systems and is valuable for the translation of bioavailability from the pre-clinical species to humans. We provide a novel approach to studying the diffusion and convection of drug molecules into the lymphatic system by developing the hybrid discrete-continuum vessel network. The study of the solute transport across the discrete lymphatic vessel walls further improves our understanding of lymphatic uptake. The novel and time-efficient computational model for solute transport across the lymphatic vasculature connects the microscopic properties of the lymphatic vessel membrane to macroscopic drug absorption. The comprehensive hybrid vessel network model developed here can be further used to improve our understanding of the diseases caused by the disturbed lymphatic system, such as lymphedema, and provide insights into the treatment of diseases caused by the malfunction of lymphatics.</p>