Cette thèse concerne l’étude des contacts pivotants rencontrés à la conjonction collet-rouleau, entre la bague d’un roulement et le flanc d’un rouleau. L’orientation principale de l’écoulement du lubrifiant peut changer lorsque le contact est mis à l’oblique. Cette cinématique complexe influe sur le comportement du contact. Elle est donc étudiée par une approche duale, expérimentale et numérique. Le banc d’essai Tribogyr permet l’expérimentation du contact à l’échelle 1:1. Une méthode pour la mesure de l’épaisseur du film lubrifiant par interférométrie optique en lumière blanche a été développée sur le banc d’essai et rend possible la mesure d’épaisseurs entre 0 et 800 nm, avec une résolution de quelques nanomètres. La mesure des efforts dans le sens de l’écoulement montre des similitudes avec les contacts de type roulement-glissement bien que le coefficient de frottement soit globalement plus faible. Les efforts transverses ont des valeurs du même ordre de grandeur que les efforts longitudinaux. Ils sont dus au cisaillement transverse induit par le pivotement. Un modèle numérique a été développé dans le but de simuler ces contacts pivotants. Le modèle inclut le calcul des températures et la rhéologie non Newtonienne du lubrifiant dans une stratégie de résolution par éléments finis, totalement couplée. La validation avec des résultats expérimentaux issus de Tribogyr, en épaisseur de film et en frottement, a été effectuée. Il est montré que l’épaisseur de film chute lorsque le pivotement et l’obliquité cisaillent le fluide, entraînant des effets rhéo-fluidifiants et thermo-fluidifiants. En cas de fort pivotement, le lubrifiant sortant peut être réinjecté à nouveau vers l’intérieur du contact et les transferts de chaleur entre lubrifiant et solides en sont fortement perturbés. Une forte obliquité entraîne à la fois la formation d’une augmentation locale de l’épaisseur de film et peut aussi provoquer la sous-alimentation du contact. Plusieurs campagnes expérimentales couplées à l’utilisation intensive du modèle numérique ont permis de comprendre les phénomènes physiques entrant en jeu et de prévoir l’efficacité, en terme de pertes de puissance, d’un contact pivotant. / This thesis is devoted to the study of spinning contacts located in bearing between the roller-end and the ring flange. The main direction of the lubricant flow may change when the contact is subjected to skew. This complex kinematics influences the contact behaviour. A dual experimental-numerical approach is proposed to study this problem. The Tribogyr test-rig allows the experimentation of the contact at the 1:1 scale. A film thickness measurement method, based on white light interferometry, was developed on Tribogyr. This method allows the measurement of film thickness between 0 and 800 nm with an accuracy of a few nanometres. The measurement of forces in the main flow direction shows similarities with classical rolling-sliding contacts. However, the friction coefficient is globally lower as soon as spin is involved. Transverse forces are of the same order of magnitude as the longitudinal forces. This is due to transverse shearing caused by the spin. A numerical model has been developed for the simulation of these spinning contacts. The finite element model, which is based on a fully-coupled solving strategy, takes into account the temperature calculation and the lubricant non-Newtonian rheology. Its validation with Tribogyr experimental results in terms of film thickness and friction has been conducted. Spin and skew effects induce high shear-thinning and thermal-thinning of the lubricant that lead to a decrease of the film thickness. Under high spinning condition, the lubricant exiting the contact may be re-injected to the contact inlet. Consequently, the heat transfers between the lubricant and the solids in contact are modified. In contact subjected to high skew, a local increase (dimple) of the film thickness may occur. Important skew may also lead to starvation conditions. Many experimental campaigns, coupled with an intensive use of the numerical model, allowed to understand the physical phenomena involved as well as to predict the efficiency, in terms of power losses, of the spinning contacts.

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide à étancher.L'opération de recherche « Jointlub » du département D3 de l'institut P' a développé des outils de simulation du comportement des garnitures par des méthodes analytiques, semi analytiques et numériques. En s'appuyant sur ces acquis, l'objectif de cette thèse vise à définir une méthodologie d'analyse préalable permettant l'optimisation de la modélisation du fonctionnement d'une garniture mécanique en fonction de la solution technologique choisie. Ceci consiste à proposer un procédé de choix d'outils de modélisation parmi les principaux types existants.Un ensemble d'indicateurs et de critères est développé afin de déterminer les phénomènes physiques prépondérants lors du fonctionnement d'une garniture dans des conditions données. Le modèle retenu pour la simulation devra prendre en compte les phénomènes identifiés.Des validations expérimentales ont été réalisées pour une garniture mécanique opérant dans différents régimes de fonctionnement. Une étude de l'évolution de la topographie des faces de frottement, du couple de frottement, du débit de fuite et du comportement thermique ont été effectués. Les expériences ont montré que le comportement des garnitures dépend fortement du régime de lubrification : mixte, hydrodynamique ou thermo-élasto-hydrodynamique.Les modèles théoriques ont été comparés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est obtenue dans leur domaine de validité, défini à partir des indicateurs. Des écarts plus importants sont observés lorsque les modèles sont utilisés dans des zones où ils ne prennent pas en compte l'ensemble des phénomènes physiques. Cette comparaison a montré que les indicateurs et critères de la méthode de choix proposée sont pertinents et permettent une bonne identification des phénomènes physiques à prendre en compte. / Mechanical face seals are sealing components for rotating shafts. It basically consists of two annular flat surfaces lubricated with a very thin film of sealed fluid.The "Seals lubrication" group of the Pprime institute has developed different modeling tools of mechanical face seals behavior by analytical, semi analytical and numerical methods. The objective of this thesis is to define a preliminary methodology to optimize the modeling of the mechanical seal taking into account the seal design. This analysis provides a suggestion of modeling tools among the existing types. A set of indicators and criteria are developed to determine the dominating physical phenomena during the operation of the seal under given conditions. The selected modeling tools should take into account the identified phenomena. Experimental validations were performed for a mechanical seal working in different operating conditions. Studies of the evolution of the friction faces topography, the friction torque, the leakage rate and the thermal effect were carried out. Experiments have shown that the behavior of the mechanical seal strongly depends on the lubrication regime: mixed, hydrodynamic and thermo-elasto-hydrodynamic.Theoretical models were compared with experimental results. A good correlation is obtained into their range of validity defined with preliminary analysis. Larger differences are observed when the models are used in conditions where unconsidered physical phenomena occur. This comparison showed that the indicators and criteria of the proposed method of choice are relevant and allows a good identification of the physical phenomena that should be taken into account.

Depuis plusieurs décennies, une importante activité scientifique se concentre sur la description numérique, théorique ou expérimentale de l'hydrodynamique des écoulements multiphasiques. Ces écoulements sont caractérisés par l'existence d'interfaces, et d'une force à l'interface, la tension superficielle, séparant généralement deux fluides non miscibles. Un cas d'étude dans ce contexte est le problème du drainage d'une unique goutte dans une phase continue, l'ensemble étant soumis à la gravité. Ce système fait apparaître des écoulements récemment décrits pour une goutte d'eau dans l'huile de paraffine. Ce système constitue également un modèle simple pour l'étude des propriétés aux interfaces, Mais d'un point de vue numérique, se pose alors le problème de la stabilité des algorithmes pouvant être utilisés. Les effets aux interfaces impliquent en effet des domaines spatiaux très limités dans lesquels les grandeurs physiques entre les deux fluides sont discontinues. D'importants artéfacts numériques peuvent alors être générés dans les simulations et faire perdre la richesse de la physico-chimie du système considéré. Le problème de la simulation d'écoulements multiphasiques intéresse aussi bien le monde académique que le monde industriel. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'implémenter les techniques numériques les plus récentes et de développer un code pour permettre la simulation de l'hydrodynamique de systèmes dispersés. Pour parvenir à ce but, il reste encore des problèmes algorithmiques importants à résoudre comme la prise en compte des effets thermocapillaires et thermosolutaux. Ces deux derniers points sont l'objet de cette thèse. / For several decades, an important scientific activity has focused on the numerical, theoretical and experimental hydrodynamics of drops. This work presents numerical results of a single droplet in the gravity field and in non-isothermal conditions. The simulation such a multiphase system is important in both academic and industrial world. This is particularly the case in the field of emulsions, wetting problems and evaporation. To achieve this goal, there are still important algorithmic problems due to the free moving interfaces and the description of capillary effects. Here, a Volume of Fluid technique has been implemented with high order temporal and spatial schemes to preserve the sharpness of the drop interface. The system under consideration is a simplified model consisting in a single water droplet in a continuous paraffin oil phase. These liquids are immiscible and non-compressible and the overall evolution is unsteady. Capillary contributions such as temperature and surfactant dependent surface tension are fully accounted for. This presentation is aimed to show the capabilities of VOF techniques for the simulations of unsteady multiphase systems in non-isothermal configurations. The role of the droplet initial position and temperature field is described with good numerical stability. There are still important problems remaining in the simulation of free interface systems with such a technique. Spurious currents induced by the description of capillarity can in particular come into play. But these latter can be controlled once the droplet average velocity due to drainage becomes large enough.

La fréquence de l’asthme augmente au Vietnam, mais les moyens de diagnostic et d’évaluation fonctionnelle sont limités. Une étude précédente utilisant la technique des oscillations forcées a montré une différence de résistance des voies aériennes entre enfants français et vietnamiens à l’âge de 10 ans mais pas à 6 ans. Si l’hypothèse d’une différence ethnique significative est correcte, alors des différences semblables devraient aussi exister à l’âge adulte. Pour tester l’hypothèse, une étude par pléthysmographie a été mise en place pour mesurer la résistance des voies aériennes et la résistance spécifique des voies aériennes chez de jeunes adultes sains en France et au Vietnam. Nous avons profité de l’étude pour établir des valeurs de référence pour les volumes pulmonaires dans ces populations. La résistance des voies aériennes est significativement plus grande chez les sujets vietnamiens que chez les caucasiens, mais il n’y a aucune différence de résistance spécifique des voies aériennes. Au final, l’étude ne montre pas de différence de calibre des voies aériennes normalisé pour le volume pulmonaire liée l’ethnie, à l’âge adulte. La taille debout est le facteur prédictif le plus important pour la capacité pulmonaire totale, tandis que l’ethnicité est un facteur important pour la capacité vitale et le rapport du volume résiduel à la capacité pulmonaire totale. Cette étude est la première qui fournit des valeurs de référence pour la résistance des voies aériennes, la résistance spécifique des voies aériennes et les volumes pulmonaires par pléthysmographie chez l’adulte vietnamien. La pléthysmographie a été validée à Hanoi et l’étude a permis la formation d’un nouveau groupe de travail sur le diagnostic et la prise en charge de l’asthme au Vietnam / Despite the increasing prevalence of asthma in Viet Nam, the country has limited means for respiratory function testing. A previous study using the forced oscillation technique suggested lower respiratory resistance between French and Vietnamese children at 10 years but not 6 years of age. If the hypothesis of a significant ethnic difference in airway caliber is correct, then similar differences should exist at adult age. To test the hypothesis, a plethysmographic study was set up to measure airway resistance and specific airway resistance in healthy young adults in France and Viet Nam. We took advantage of the study to provide reference values for lung volume in these populations. Airway resistance is significantly larger in Vietnamese than in Caucasians but there is no difference in specific airway resistance. Altogether the study does not support the consequence of a putative ethnic difference in childhood airway caliber on airway resistance normalized for lung volume at adult age. The standing height is the best predictor of the total lung capacity, while ethnicity is an important predictor of vital capacity and of the residual volume to total lung capacity ratio. This is the first study which provides reference values for airway resistance, specific airway resistance and lung volumes by plethysmography in healthy young Vietnamese adults. Plethysmography was validated in the north of Viet Nam, and the study allowed initiating a young working group on asthma diagnosis in Vietnam

<p>Beta-gallium oxide (<i>β</i>-Ga₂O₃) is an emerging wide bandgap semiconductor for next generation power devices which offers the potential to replace GaN and SiC. It has an ultra-wide bandgap (UWBG) of 4.8 eV and a corresponding <i>E</i>_brof 8 MV/cm. <i>β</i>-Ga₂O₃also possesses a decent intrinsic electron mobility limit of 250 cm²/V<i>·</i>s, yielding high Baliga’s figure of merit of 3444. In addition, the large bandgap of <i>β</i>-Ga₂O₃gives stability in harsh environment operation at high temperatures. </p> <p>Although low-cost large-size <i>β</i>-Ga₂O₃native bulk substrates can be realized by melt growth methods, the unique property that (100) surface of <i>β</i>-Ga₂O₃has a large lattice constant of 12.23 Å allows it to be cleaved easily into thin and long nano-membranes. Therefore, <i>β</i>-Ga₂O₃FETs on foreign substrates by transferring can be fabricated and investigated before <i>β</i>-Ga₂O₃epitaxy technology becomes mature and economical viable. Moreover, integrating <i>β</i>-Ga₂O₃on high thermal conductivity materials has an advantage in terms of suppressing self-heating effects. </p><p>In this dissertation, structural and material innovations to overcome and improve critical challenges are summarized as follows: 1) Top-gate nano-membrane <i>β</i>-Ga₂O₃FETs on a high thermal conductivity diamond substrate with record high maximum drain current densities are demonstrated. The reduced self-heating effect due to high thermal conductivity of the substrate was verified by thermoreflectance measurement. 2) Local electro-thermal effect by electrical bias was applied to enhance the electrical performance of devices and improvements of electrical properties were shown after the annealing. 3) Thin thermal bridge materials such as HfO₂and ZrO₂were inserted between <i>β</i>-Ga₂O₃and a sapphire substrate to reduce self heating effects without using a diamond substrate. The improved thermal performance of the device was analyzed by phonon density of states plots of <i>β</i>-Ga₂O₃and the thin film materials. 4) Nano-membrane tri-gate <i>β</i>-Ga₂O₃FETs on SiO₂/Si substrate fabricated via exfoliation have been demonstrated for the first time. 5) Using the robustness of <i>β</i>-Ga₂O₃in harsh environments, <i>β</i>-Ga₂O₃ferroelectric FETs operating as synaptic devices up to 400 °C were demonstrated. The result offers the potential to use the novel device for ultra-wide bandgap logic applications, specifically neuromorphic computing exposed to harsh environments.<br></p>