Éléments essentiels des systèmes de télécommunication depuis environ trente ans, les dispositifs à ondes élastiques de surface offrent également l'opportunité, de par leur sensibilité aux conditions environnementales et leur caractère passif, de réaliser des capteurs sans-fil autonomes (sans électronique ni source d'énergie embarquées), configuration particulièrement intéressante pour la mesure à haute température. Nos travaux se sont focalisés sur le choix des matériaux pouvant constituer de tels capteurs, au niveau des deux éléments les constituant : le substrat piézoélectrique et les électrodes métalliques. Ces dernières sont généralement constituées de platine, de par l'inertie chimique particulièrement importante de ce métal noble. Nos travaux nous ont permis d'attribuer la dégradation de ces électrodes, généralement observée aux alentours de 700°C, à un phénomène spécifique des films minces, dénommé agglomération, nous conduisant par la suite à envisager et à tester des solutions plus efficaces. En ce qui concerne le substrat, nos efforts ont porté sur la structure bicouche AlN/Saphir, prometteuse pour de telles applications, mais encore peu étudiée. Après l'optimisation des paramètres de dépôt du film mince par pulvérisation réactive magnétron, permettant d'obtenir une couche épitaxiée, nous nous sommes intéressés à la résistance à l'oxydation de l'AlN à haute température dans l'air. L'utilisation croisée de la diffraction des rayons X, de l'ellipsométrie et de la spectroscopie de masse des ions secondaires nous a permis de montrer que l'on peut envisager l'emploi de cette structure bicouche pour les applications visées à des températures allant jusqu'à 700°C / Surface acoustic waves devices are key components of telecommunication systems for more than thirty years or so. Because they are passive and very sensitive to external conditions, they also offer the possibility to make autonomous wireless sensors (electronic-less and battery-less), which could be particularly interesting in high-temperature environments. Our work was focused on the choice of materials allowing the fabrication of such sensors for both parts of the device: piezoelectric substrate and metallic electrodes. The latter are generally made of platinum because of the great chemical inertness of this noble metal. Our work allowed us to attribute their degradation, starting around 700°C on, to a phenomenon called agglomeration which is very specific to thin films. This result led us to consider and test more efficient solutions. Regarding the substrate, we mainly studied AlN/Sapphire bilayer structure, promising for such applications but not really studied yet. After the optimization of the deposition parameters of the thin film, realized by reactive magnetron sputtering, leading to the epitaxial quality, we studied the strength of AlN to oxidation under high temperature in air atmosphere. Results given by X-ray diffraction, ellipsometry and secondary ion mass spectroscopy converged to show that AlN/Sapphire structure is a good candidate for such applications at temperatures up to 700°C

Le marché de l'énergie distribuée est actuellement en pleine expansion et favorise l'intégration d'une multitude de sources d'énergie, et les machines à combustion interne ne sont pas exclues. Les moteurs à piston sont actuellement les principaux acteurs du marché, en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût en capital. Cependant, la réglementation de plus en plus sévère sur les émissions ainsi que les coûts liés à la maintenance et les temps d'arrêt sont prohibitifs pour ce type de machines, en particulier dans le segment de basse puissance et de production d’énergie et de chaleur combinées (CHP). C'est là que les microturbines opérant sous le cycle récupéré – de petites turbines à gaz qui produisent moins de 1 MW de puissance – ont un avantage concurrentiel, grâce à moins de pièces en mouvement, une combustion plus propre et une température élevée d'échappement. Les petites turbomachines récupérées doivent atteindre des températures d'entrée de turbine (TIT) très élevées, requises pour atteindre 40% de rendement thermique. Les céramiques non refroidies offrent une solution très attrayante, avec plusieurs essais mais des résultats peu concluants dans la littérature. Ce travail présente une nouvelle architecture qui prend en charge des pales en céramique monolithique dans un environnement d’opération à chaud. La turbine renversée en céramique (ICT) est constituée d'un moyeu métallique flexible qui fournit une base souple pour les pales individuelles en céramique qui sont supportées par l'extérieur par un anneau en composite carbone-polymère. Les forces centrifuges chargent les pales en compression au lieu d’en tension, exploitant ainsi la résistance en compression typiquement élevée des céramiques techniques. Le document présente la validation expérimentale entreprise pour vérifier l'intégrité structurelle d’un prototype de configuration ICT à petite échelle, dans des conditions de fonctionnement à froid et à chaud, ainsi que les étapes qui y ont mené. Les résultats expérimentaux montrent que l'ICT supporte des pales en alumine dans les tests à froid et le nitrure de silicium pour des températures d'entrée du rotor jusqu'à 1000 K, avec des vitesses de pointe de pale atteignant 271 m/s. L’incursion d’objet domestique, l'événement le plus désastreux à se produire dans les turbines en céramique dans la littérature, n'a pas causé de dommages aux pales dans cette configuration. Ces résultats indiquent que l'architecture ICT est robuste et viable, et que le développement peut être poursuivi pour augmenter la TIT et la vitesse de pointe de la turbine, afin d’éventuellement parvenir à une microturbine récupérée en céramique de 1600 K de TIT.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Traditional methods and a lack of consensus and quality control in the delimitation of lithological units lead to differences and offsets at the contact zones between map sheets. On some geological maps, such inconsistencies considerably hinder exploration work. This study evaluates the contribution of remote sensing combined with a geoscientific knowledge base to produce bedrocks maps in a geologically complex and semi-arid region of the Peruvian Andes. The region is characterized by the presence of vegetation, snow and hydrothermal alteration. The results demonstrate the potential of ASTER-TIR emissivity data to discriminate lithological units characterized by differences in silica content. These units correspond to felsic plutonic, intermediate volcanic and sedimentary carbonate rocks with a map accuracy of 72% when compared to the available geological map. Specifically with regards to quartz zones, mapping by the two methods resulted in a comparative precision of 99%. The methodological approach also demonstrated that the potential of SWIR spectral bands is sufficiently high (precision of 84%) to detect many of the minerals associated with argillic and advanced argillic alteration in the study area.

Cette étude se place dans le cadre du guidage des thérapies par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU). L’utilisation de l’échographie pour le guidage permet une visualisation temps réel mais un faible contraste. Afin de compenser ce manque de vision du traitement, deux études ont été mises en place. La première sur l’utilité de l’élastographie par compression manuelle en temps réel (23 à 60 images par seconde) a été réalisée et validée par deux protocoles in vivo. L’un a été effectué afin de visualiser des tumeurs VX2 dans le foie chez le lapin de manière extracorporelle et per-opératoire en utilisant une sonde de diagnostique linéaire (12MHz). L’autre a été réalisé sur des porcs avec la même sonde et avec une sonde d'imagerie sectorielle (7,5 MHz) placée au centre du transducteur HIFU. Une comparaison a été menée avec des images IRM des mêmes lésions réalisées après prélèvement de l’organe traité. Dans les deux cas, les élastogrammes assurent une meilleure visualisation des dimensions de la lésion (R=0,70) et un contraste plus important (23dB) en comparaison de l’échographie (R=0,65, contraste=3dB). La dernière partie de ces travaux a permis de démontrer que le signal ultrasonore rétrodiffusé par les tissus du foie change avec la température. Lors d’expériences in vitro et in vivo sur du foie de porc, ce changement de signal se corrèle (R=0,85) avec une hausse de température mesurée par un thermocouple positionné dans la zone focale du transducteur. Cette relation est linéaire positive in vitro et négative in vivo. Cette relation permet de calculer des images de température sur une plage de température allant de 20 à 100°C avec une précision de 5°C. / This study takes place under the guidance of high intensity focused ultrasound therapies (HIFU). The use of ultrasound for guidance allows real time monitoring, but low contrast. To compensate this lack of vision, two studies were set up. The first set up was used to evaluated usefulness of hand-held elastography in real time (23 to 60 frames per second) performed and validated by two in vivo protocols. One was performed to visualize VX2 tumors in the rabbit liver so extracorporeal and intraoperative using a diagnostic linear probe (12MHz). The other was carried out on pigs with the same probe but also with a sectorial imaging probe (7.5 MHz) placed in the center of the HIFU transducer. A comparison was conducted with MRI images of the same lesions performed after removal of the treated organ. In both cases, elastograms provide better visualization of the lesion size (R = 0.70) and higher contrast (23dB) compared to ultrasound (R = 0.65, contrast = 3dB). The last part of this work demonstrated that the ultrasound backscattered signal of the liver tissue changed with the temperature. In experiments on in vitro and in vivo pig livers, this changed of signal is linear and correlated (R = 0.85) with a rise in temperature measured by a thermocouple positioned in the focal zone of the transducer. The relation between backscattered signal and temperature is positive in vitro and negative in vivo. This relationship is linear and used to calculate temperature images with a range of 20 to 100 ° C and an accuracy of 5 ° C.

Le béton est un matériau hétérogène complexe dont les déformations comportent une partie différée qui est affectée par un grand nombre de facteurs tels que la température, l'humidité relative et l'évolution de la microstructure. La prise en compte des déformations différées et en particulier du fluage est indispensable dans le calcul des ouvrages en béton tels que ceux destinés à stocker des déchets radioactifs. Ce travail de thèse a pour objectifs : (1) de développer un modèle de fluage simple et robuste pour le béton en faisant appel à la micromécanique et en tenant compte de l'endommagement et des effets thermiques et hydriques ; (2) d'implanter numériquement le modèle développé dans un code de calcul par éléments finis de façon à pouvoir simuler le comportement d'éléments de structure simples en béton. Pour atteindre ce double objectif, le travail est scindé en trois parties. Dans la première partie, le matériau cimentaire est à l'échelle microscopique supposé être constitué d'une matrice viscoélastique linéaire caractérisée par un modèle de Maxwell généralisé et de phases particulaires représentant les granulats élastiques et les pores. Le schéma micromécanique de Mori-Tanaka, la transformée de Laplace-Carson et son inversion sont alors utilisés pour obtenir dans l'espace temporel des estimations analytiques ou numériques de ses paramètres mécaniques et hydromécaniques. Ensuite, le modèle micromécanique de fluage obtenu est couplé au modèle d'endommagement de Mazars via le concept de pseudo-déformations introduit par Schapery. Les paramètres intervenant dans le modèle viscoélastique endommageable ainsi établi sont systématiquement identifiés à l'aide de données expérimentales. Enfin, la prise en compte des effets de la température et de l'humidité relative dans le modèle viscoélastique endommageable est basée sur la méthode du temps équivalent ; l'efficacité de cette approche est démontrée et discutée dans le cas de chargements simples de fluage / Concrete is a complex heterogeneous material whose deformations include a delayed part that is affected by a number of factors such as temperature, relative humidity and microstructure evolution. Taking into account differed deformations and in particular creep is essential in the computation of concrete structures such as those dedicated to radioactive waste storage. The present work aims: (1) at elaborating a simple and robust model of creep for concrete by using micromechanics and accounting for the effects of damage, temperature and relative humidity; (2) at numerically implementing the creep model developed in a finite element code so as to simulate the behavior of simple structural elements in concrete. To achieve this twofold objective, the present work is partitioned into three parts. In the first part the cement-based material at the microscopic scale is taken to consist of a linear viscoelastic matrix characterized by a generalized Maxwell model and of particulate phases representing elastic aggregates and pores. The Mori-Tanaka micromechanical scheme, the Laplace-Carson transform and its inversion are then used to obtain analytical or numerical estimates for the mechanical and hydromechanical parameters of the material. Next, the original micromechanical model of creep is coupled to the damage model of Mazars through the concept of pseudo-deformations introduced by Schapery. The parameters involved in the creep-damage model thus established are systematically identified using available experimental data. Finally, the effects of temperature and relative humidity are accounted for in the creep-damage model by using the equivalent time method; the efficiency of this approach is demonstrated and discussed in the case of simple creep tests

De nombreuses pièces sont sujettes à des sollicitations de frottement à haute température dans le domaine de l’aéronautique. En effet, dans ce domaine, l’augmentation constante des puissances des réacteurs implique une augmentation de la température de fonctionnement des systèmes mécaniques et en particulier des contacts frottants. Cette augmentation de température a pour conséquence la diminution de la durabilité des matériaux lubrifiants solides actuellement utilisés pour ce type de contact. C’est pourquoi il est indispensable de sélectionner de nouveaux revêtements aux propriétés tribologiques à chaud améliorées. Dans cette optique, une thèse ayant pour sujet la durabilité de rotules aéronautiques d’attache mât-moteur de l’A380 soumises à des conditions extrêmes de fonctionnement en termes de température et de conditions glissement, a été effectuée au LTDS. Dans un premier temps, les endommagements de surface (abrasion, adhésion) des pièces réelles ont été analysés, à travers des analyses MEB/EDX du revêtement d’argenture déposé dans le contact entre les bagues intérieure et extérieure de la rotule. Des essais tribologiques en configuration classiquement utilisée, cylindre/plan (sur Cameron-Plint), ont ensuite été réalisés sur le revêtement d’argenture afin de comparer les endommagements observés in situ et sur banc. Dans le but de sélectionner un revêtement ou un couple de revêtements susceptibles de remplacer l’argenture dans le contact étudié, une dizaine de revêtements différents (couches accommodantes et couches dures) ont ensuite été testés individuellement en configuration cylindre/plan dans les mêmes conditions d’essai que dans le cas de l’argenture. Cette campagne d’essai a permis de dégager les plus performants/endurants tribologiquement. Parallèlement, un tribomètre original a été conçu au laboratoire afin de pouvoir simuler au mieux les conditions de contact réelles (sollicitations mécaniques, température de contact…). Ce tribomètre rotatif à haute température (TRHT), utilisable en configuration couronne/plan, permet d’appliquer simultanément au contact une force normale pouvant aller jusqu’à 50 kN, un mouvement rotatif alternatif, et une température de contact pouvant aller jusqu’à 1000°C grâce à un système de chauffage par induction. Les revêtements ayant démontré le meilleur comportement en termes de résistance à l’usure et au frottement au cours des essais en configuration cylindre/plan ont également été testés individuellement sur ce tribomètre en configuration couronne/plan. Les essais finaux ont été réalisés en interface complète, c'est-à-dire avec une couche accommodante déposée sur la pièce représentant la bague intérieure de la rotule, une couche dure déposée sur la pièce représentant la bague extérieure, et une couche à bas frottement (graisse ou vernis). Deux solutions de lubrification de ce type ont été déterminées pour le contact rotulé : une pour les rotules d’attache mât-moteur avant qui fonctionnent jusqu’à 160°C (CuNiIn + vernis Everlub / WC-C) et une pour les rotules d’attache mât-moteur arrière qui fonctionnent jusqu’à 570°C (stellite + vernisEverlub / TiHfCN). / In aeronautics tribology, mechanical parts are required to operate with increasing temperature. The increased functioning temperature of the contacts prone to friction and wear (such as bearings and other structural parts) is a direct consequence of the increasing power of jet engines. In the case of ball bearings, the substrate materials as well as the coating durability are affected by temperature. There is then a pressing need to introduce new coatings demonstrating effective tribological behaviour at high temperature. A PhD research subject was defined in partnership with Airbus Aerospace and SKF Aerospace and conducted at LTDS. The main goal of this research is to study the durability of ball bearings functioning under extreme conditions in terms of temperature and sliding friction. First, SEM/EDX analyses were done on the silver coating deposited in the contact between the ball bearings rings, in order to acknowledge the actual bearings surface damage. Tribological testing of the silver coating was then performed in a standard cylinder-on-flat configuration in order to compare in situ and experimental damages. More than ten different coatings (both soft and hard coatings, with solid lubrication properties and/or wear resistance properties) were then tested in the same configuration and conditions as the silver coating. These tests allowed us to identify the best suitable coatings for the application. An original test rig was also designed in the lab, in order to better simulate the bearings functioning conditions. This tribometer (TRHT) makes it possible to perform tests in ring-on-flat configuration (close contact) and to simultaneously apply a normal force up to 50 kN and a reciprocating rotating motion. Using this tribometer, the final tests were conducted on the best candidates among the different coatings, individually at first to assess their tribological behavior, and then in a configuration as close to reality as possible, with a hard coating covered ring and a soft coating covered flat, the contact between the two being greased or varnished. Finally, several possible solutions were determined, for two different functioning temperatures:160°C (CuNiIn + varnish Everlub / WC-C) and 570°C (stellite + varnish Everlub / TiHfCN).

Les contaminations multiples par des métaux et métalloïdes menacent la structure et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Pourtant, les mécanismes d'action des polluants, leurs interactions et leur toxicité dans un contexte de réchauffement climatique sont encore peu abordés. Parallèlement, nous avons un besoin urgent de marqueurs d'alerte (i.e., précoces, sub-létaux) des effets de ces substances. Par ailleurs, une attention croissante est actuellement portée au protéome des êtres vivants, considéré comme une entité dynamique, modifié par les conditions du milieu. Dans ce contexte, nous avons travaillé en laboratoire avec comme espèce modèle le crustacé amphipode Gammarus pulex avec trois objectifs: (1) évaluer les effets de deux éléments métalliques (cadmium et arséniate) seuls ou en interaction sur des organismes exposés en conditions contrôlées, (2) appréhender les effets de la température en tant que facteur confondant potentiel des réponses mesurées, et (3) rechercher l'existence d'une réponse singulière potentielle du protéome d'individus exposés aux éléments métalliques seuls ou en mélange ; à plusieurs températures. Il s'agissait donc à la fois de réaliser une analyse diagnostique susceptible de fournir des marqueurs d'intérêt aptes à révéler précocement un stress chimique et de dresser les bases d'une approche pronostique permettant de mieux prédire les conséquences à l'échelle individuelle d'une dégradation anthropique du milieu / Multiple metal and metalloid contaminations impair aquatic ecosystem community structure and functioning. However, the mechanistic understanding of individual pollutant toxic effects, but also of their interaction effects in a "global warning" context are still rarely tackled. However, aquatic ecosystem managers have an urgent need of early warning indicators (i.e. early, sub-lethal) of toxicant effects. Recently, an increasing attention has been turned to studies of the proteome of species/populations, which is considered as a dynamic entity modified by environmental conditions. In this context, we have worked with a model organism, Gammarus pulex (crustacea, amphipoda), under laboratory controlled conditions. Three objectives have been defined: (1) assessing the single and combined effects of two metals (i.e. arsenate and/or cadmium), (2) understanding the potential confounding effect of temperature on measured physiological and behavioural responses of gammarids and (3) investigating the existence of a singular response of the proteome of individuals exposed to different single or combined metal concentrations, at several tested temperatures. The major goals were first applying a diagnostic analysis to provide valuable biomarkers early indicating metallic stress, and second developing the foundations for a prognostic approach better predicting the organismal consequences of toxic contaminations due to the anthropogenic degradation of aquatic ecosystems

L'étude porte sur une couche de mélange plane horizontale générée par la rencontre de deux écoulements parallèles à vitesse et température différentes. Le mélange turbulent est analysé pour différentes conditions initiales en termes de gradients de vitesse et de température. On distingue en particulier des configurations en régime de stratification stable et instable sous l'effet des forces de flottabilité. L'analyse des corrélations entre les fluctuations de vitesse et de température s'appuie sur la technique expérimentale d'anémométrie à température de fil variable (PCTA), qui permet la mesure instantanée de la vitesse et de la température en un même point grâce à la variation périodique et par palier du coefficient de surchauffe du fil chaud utilisé. Un premier travail a consisté à étendre la technique PCTA à l'utilisation de fils croisés pour la mesure simultanée de la température et de deux composantes de la vitesse. Dans un premier temps, les statistiques en un point permettent d'identifier les caractéristiques de l'écoulement dans la région de similitude et d'y établir les équations de bilan pour l'énergie cinétique turbulente, l'intensité des fluctuations de température et les flux de quantité de mouvement et de chaleur. Il apparaît, vu les faibles nombres de Richardson en jeu (Rif<0,03), que les forces de flottabilité sont quasi-négligeables devant les moteurs principaux du mouvement. Pourtant, ce forçage thermique peu énergétique est suffisant, en configuration instable, pour augmenter significativement le taux d'expansion et la contrainte de cisaillement, ce qui correspond de fait à une augmentation de la production de turbulence. L'analyse des densités de probabilité jointes permet ensuite de mettre en évidence les mécanismes et évènements qui contribuent significativement aux flux transversaux de quantité de mouvement et de chaleur. Ces différentes contributions sont différenciées et quantifiées par une analyse en quadrants qui fait ressortir la prépondérance des mouvements d'entraînement et d'éjection. On examine enfin les statistiques en deux points associées aux incréments de vitesse et de température. Le comportement de ces incréments est étudié à travers leurs densités de probabilité et leurs coefficients de dissymétrie et d'aplatissement. Les exposants des fonctions de structure confirment l'intermittence plus grande de la température par rapport à celle de la vitesse. Les différents termes des équations de Kolmogorov et de Yaglom sont mesurés. L'équilibre de ces bilans par échelle permet de quantifier le terme qui intègre les différents forçages proposés dans la littérature. / The turbulent mixing is studied in a plane mixing layer for a range of initial conditions applied in terms of velocity and temperature gradients between the two parallel inlet flows. A particular attention is paid to the effect of buoyancy forces, especially in the difference between the so-called stable and unstable configurations, in relation to the sign of the vertical temperature gradient applied. In this study, the novel experimental technique called PCTA, for Parameterizable Constant Temperature Anemometry, is used to enable the analysis of correlations between the velocity and temperature fluctuations. In a preliminary work, the PCTA technique, based on the implementation of repetitive multiple-overheat patterns to a hot wire, is extended and adapted for the instantaneous measurement of temperature and two components of velocity with X-wire probes. In a first stage, one point statistics are analysed. They provide a description of the flow features in the similarity region, where the balance equations for turbulent kinetic energy, temperature variance and the momentum and heat fluxes are established. Considering the low Richardson numbers at stake (Rif <0.03), the buoyancy forces appear logically to be quantitatively negligible compared to the main driving forces, but such a low energy forcing mechanism is in fact sufficient, in unstable configuration, to significantly increase the shear stress and the expansion rate of the mixing layer, both phenomena being associated to an enhanced production of turbulence. In a second stage, a joint probability density function analysis highlights the mechanisms and events that significantly contribute to the transverse momentum and heat fluxes. These contributions are differentiated and quantified through a quadrant analysis which emphasizes the dominance of the local movements of entrainment and ejection associated to the Kelvin-Helmholtz structures. Finally, the study focuses on the two points statistics associated with velocity and temperature increments. The behaviour of these increments is studied through their probability densities, examined along with the skewness and kurtosis coefficients. The structure function exponents confirm the stronger intermittency of temperature compared to that of the velocity. The different terms of the Kolmogorov and Yaglom equations are estimated. The balance of these scale budgets allows the quantification of the forcing term that has been introduced in the literature.