Le refroidissement électronique de jonctions tunnel Supraconducteur - Isolant - métal Normal (S-I-N) a lieu grâce la bande d'énergie interdite du supraconducteur, qui agit tel un filtre laissant passer les électrons les plus énergétiques par effet tunnel. Cependant, l'efficacité de tels refrigérateurs électroniques est habituellement plus faible que les prédictions théoriques. Après l'introduction des équations basiques décrivant le refroidissement électronique dans une jonction tunnel, nous présentons les différentes limitations fondamentales, parmi elles les couplages thermiques entre bains thermiques d'électrons ou de phonons et la relaxation des quasi-particules. Afin d'avoir une meilleure compréhension des différents couplages thermiques en jeu, nous avons mis au point une expérience permettant de mesurer indépendamment la température des électrons et des phonons. Un réfrigérateur hors équilibre est ainsi étudié dans les régimes de refroidissement et de chauffage. Les résultats sont interprétés en utilisant un modèle thermique qui tient compte des transferts de chaleur entre électrons, phonons et photons. En particuliers, le canal photonique de chaleur lié au bruit thermique dans les résistances du circuit apporte une contribution de chaleur supplémentaire dépendant de la transmission du circuit de couplage. Enfin nous nous sommes intéressées à l'amélioration du refroidissement électronique sous champ magnétique, facilitant la relaxation des quasi-particules dans le supraconducteur. Enfin nous avons développer un procédé de fabrication permettant d'obtenir de large jonctions S-I-N-I-S avec un ilôt métallique suspendu totalement découplé du substrat.

Les assemblages PoP pour " Package on Package " permettent d'augmenter fortement la densité d'intégration des circuits et systèmes microélectroniques, par superposition de plusieurs éléments semi-conducteurs actifs. Les interconnexions internes de ces systèmes sont alors soumises à des contraintes jamais atteintes. Nous avons pu identifier, caractériser, modéliser et simuler les mécanismes de défaillance potentiels propres à ces assemblages, et leur évolution : * Les gauchissements dans la phase d'assemblage du " PoP " et ses contraintes thermomécaniques sont plus importants que ceux de chacun des composants individuels. Un modèle analytique original a été construit et mis en ligne afin d'évaluer a priori ce gauchissement. * Les comportements hygroscopiques et hygromécaniques sont simulés et mesurés par une approche originale. L'assemblage " PoP " absorbe plus d'humidité que la somme des deux composants individuels, mais son gauchissement hygromécanique et ses contraintes hygromécaniques sont moins élevées. * Deux types d'essais de vieillissement accéléré sont réalisés pour étudier la fiabilité du " PoP " assemblé sur circuit imprimé : des cycles thermiques et des tests sous fort courant et température élevée. Dans ces deux types d'essais, l'assemblage d'un composant " top " sur un autre composant " bottom " pour former un PoP augmente les risques de défaillances. * L'évolution de la microstructure selon le type de vieillissement est comparée par des analyses physiques et physico-chimiques. Les fissures sont toujours situées dans l'interface substrat/billes, qui correspond aux zones critiques prédites par les simulations.

Les travaux de reconnaissance menés par la société Lyon-Turin-Ferroviaire (LTF) pour le projet de tunnel international ont conduit à l'acquisition de diagraphies différées sur un grand nombre de forages profonds. La synthèse des données a permis de mettre en évidence des anomalies thermiques profondes au sein du massif à proximité du front du Houiller et dans la série siliceuse de Vanoise. Ces anomalies sont confrontées à un modèle conceptuel intégrant des circulations d'eaux souterraines homogènes dans les zones décomprimées de versant et localisées dans les zones profondes ainsi que les effets thermiques associés. Le modèle conceptuel considère un état thermique transitoire des massifs dépendant du contexte paléo-climatique.A proximité du front du Houiller, une modélisation numérique du secteur a permis de montrer que les anomalies thermiques rencontrées sont cohérentes avec l'hypothèse d'une perturbation froide associée à l'activation, au début de l'Holocène, d'une circulation profonde localisée qui se propage par conduction dans le massif. La prise en compte, dans la modélisation, du changement de température au début de l'Holocène conduit à l'adoption d'un flux géothermique de 100mWm-2, donc plus élevé que les flux généralement considérés dans les Alpes.Dans la série siliceuse de Vanoise, les anomalies observées de gradients profonds peuvent être expliquées par une augmentation de la température des circulations dans la zone décomprimée de l'ordre de 2.4°C vers la fin du Petit Âge Glaciaire. Le réchauffement des circulations plus important par rapport au réchauffement de l'air à cette période est expliqué par une diminution des apports d'eau de fusion nivale dans la zone décomprimée. Ce résultat repose sur le développement d'une méthode 1D permettant d'estimer l'âge et l'amplitude d'une variation brutale de température à la limite d'un milieu semi-infini en conduction. Avant d'être appliquée aux données de diagraphies de forage, la méthode a été testée sur des données issues de simulations numériques reproduisant les températures obtenues dans un contexte de versant intégrant les effets du relief et la présence d'un flux géothermique. / The reconnaissance works for the Lyon-Turin railway tunnel project have led to well logs acquisition for a large number of deep boreholes. Data synthesis enabled to identify deep thermal disturbances inside the mountain massif in the siliceous series of Vanoise and in the vicinity of the Houiller Front. On the base of the well logs analysis and the mountain hydrogeology previous knowledge, a conceptual model of groundwater flows and their thermal effects in the massif is proposed to explain the observed thermal disturbances. It integrates both a uniform water flow in decompressed zone of the valley sides and local deep flows in the massif. The model assumes a transient thermal state related to the paleo-climate environment.First, 2D numerical modelling is used to simulate the thermal disturbances encountered under the valley side in the vicinity of the Houiller Front. In one hand, a thermal transfer by conduction in the massif and a cold temperature imposed near the Houiller Front at the beginning of the Holocene period leads to the current transient thermal state of the massif. The cold temperature near the Houiller Front is assumed to be the consequence of the activation of local deep cold groundwater flows. In a second hand, to simulate the thermal disturbances related to the air temperature change at the beginning of the Holocene, a geothermal heat flux of 100mWm-2 is necessary.Secondly, we develop a method 1D for estimating the age and amplitude of a sudden temperature change at the boundary of a semi-infinite medium in conduction. The method is tested previously on data resulting from numerical simulations in order to assess its use under a valley side and with a geothermal heat flow. Applied to the temperature disturbances observed the siliceous series of Vanoise, the method leads to a 2,4°C increase of groundwater temperature in decompressed zone around the end of Little Ice Age. The value of 2,4°C is higher than the air temperature increase and explained by a decrease in snow meltwater contribution to the decompressed zone.

Cette thèse s’intéresse à la fabrication de pièces composites par le procédé Resin Transfert Molding (ou RTM), appliquée à des tubes de protection thermiques. Plus particulièrement, cette thèse vise à démontrer la faisabilité d’utiliser ce procédé pour la fabrication cette pièce complexe. La phase d’imprégnation de préformes sèches est plus particulièrement étudiée. Après mise en oeuvre, cette pièce peut présenter des défauts tels que de la porosité ou des déplacements de plis constituant la préforme. L’objectif de cette thèse est donc de comprendre l’origine de ces défauts et de minimiser voire de d’empêcher leur apparition. Pour cela, une démarche expérimentale a été mise en place. Celle ci comprend la réalisation d’un pilote de laboratoire permettant d’appliquer différentes conditions d’imprégnation aux préformes considérées. La perméabilité des renforts considérés a aussi été évaluée à différentes échelles grâce à l’utilisation de moyen dédiés à l’échelle macroscopique (banc de perméabilité planaire et transverse), et grâce à l’utilisation d’un code de calcul se basant sur des images de tomographie synchrotron à l’échelle microscopique. Enfin, une analyse de la qualité des prototypes réalisés a été menée en suivant des procédures mises en place lors de ce projet et les résultats analysés et mis en relation avec les conditions de mise en oeuvre. Cette approche expérimentale est couplée aux simulations numériques de la phase d’imprégnation que nous avons aussi mise en oeuvre au cours de cette thèse. Par l’utilisation combinée de la simulation numérique et des essais expérimentaux, nous avons défini des critères estimant le risque d’apparition des défauts. Ces critères ont montré leur efficacité sur les solutions innovantes que nous avons proposées puisque répondant aux exigences du cahier des charges industriel. / This work concerns the manufacturing of composite parts using the Resin Transfer Molding (RTM) process. A major goal of this study is to test the feasibility of using this process to manufacture a thick tubular part with a complex shape. This study concerns the different stages of the process with an important focus on the injection step of dry preforms. The goal of this thesis is to understand the generation of manufacturing defect (mainly porosity and preform deformation) that possibly takes place during the injection step to avoid them. An experimental procedure is proposed. An experimental setup was developed to study the influence of the different process parameters on the quality of the composite parts. The determination of the longitudinal and through the thickness permeabilities was conducted experimentally on sheared and un-sheared samples. An alternative technique to estimate the permeability is presented based on simulation software using X-ray tomography images at the microscale. At last, a quality control procedure was developed and applied to the tubes manufactured within this project. This experimental work was compared to numerical simulations of the injection stage. Using both numerical simulations and experiments, criteria on process and material parameters to predict the quality of the tailored parts are presented. Those criteria are successfully compared to experimental data and were applied to design innovative injection solutions that meet industrial specifications.

Le cycle de vie pélagique annuel des Phocidés est interrompu à deux reprises pour la reproduction et la mue, à terre ou sur la banquise. La mue est une étape essentielle pour le renouvellement du poil et de l’épiderme chez certains Monachinae. Les éléphants de mer austraux (Mirounga leonina) forment des agrégations dans des flaques de boue, ou « souilles », lorsqu’ils muent. La mue, chez cette espèce, entraîne des pertes thermiques importantes par vasodilatation périphérique. La thermorégulation sociale (i.e. agrégation d’animaux) a permis à de nombreuses espèces d’oiseaux et de mammifères d’économiser de l’énergie. Néanmoins, l’étude du comportement et de l’énergétique de la mue chez l’éléphant de mer austral a été jusqu’ici peu développée. Notre travail de recherche repose sur l’hypothèse que le comportement d’agrégation des éléphants de mer austraux répondrait aux mêmes déterminants que le mécanisme de thermorégulation sociale et entraînerait des bénéfices thermiques et énergétiques. Nous avons étudié le comportement de mue des éléphants de mer austraux femelles en lien avec les paramètres environnementaux locaux et physiologiques individuels. Nous avons mis en évidence que la sélection de l’habitat, les déplacements à terre et le comportement d’agrégation dépendent de l’avancement de la mue, du type d’habitat et des conditions météorologiques. Au pic de la mue, les pertes thermiques sont augmentées, les femelles se déplacent moins et s’agrègent davantage. De plus, les éléphants de mer s’agrègent en plus grand nombre lorsque les conditions météorologiques se dégradent, ceci principalement dans les « souilles ». Cependant, ils augmentent aussi leurs déplacements lorsque la température de l’air ressentie (i.e. combinaison température-vitesse du vent) est basse ou lorsque l’insolation augmente. De plus, les individus agrégés ont une température corporelle (stomacale et de surface) en moyenne plus basse que les individus isolés. Le taux métabolique augmenté pendant la mue serait lié aux contraintes thermiques et à une activité hormonale augmentée. Bien que le comportement d’agrégation n’ait pu être mis en relation avec la perte de masse, celui-ci est corrélé à une diminution du taux métabolique. Ainsi, les éléphants de mer femelles sont sensibles aux variations environnementales et adapteraient leur comportement en diminuant leurs dépenses énergétiques. Le comportement d’agrégation permettrait de diminuer le coût de thermorégulation par diminution des pertes thermiques. Les « souilles » sont thermiquement avantageuses et permettraient d’optimiser la diminution des pertes thermiques par agrégation et de favoriser la mue. La diminution des pertes thermiques permettrait la modulation de la température interne des individus agrégés (baisse du coût de la thermorégulation), et l’énergie économisée pourrait être ainsi réallouée à la mue. Il semblerait que des stratégies individuelles de compromis entre déplacements et agrégation soient mises en place en fonction des réserves énergétiques des individus et en vue de diminuer leurs dépenses énergétiques. De nouvelles méthodes prometteuses de mesures physiologiques chez cette espèce et appliquées sur le terrain (mesure de la fréquence cardiaque par implant sous-cutané et de la composition corporelle par bio-impédancemétrie) permettraient, une fois standardisées, d’évaluer le métabolisme des éléphants de mer austraux au cours de leur mue ainsi que leur dépense énergétique, en lien avec les variations individuelles. / Annual life cycle of Phocids at sea is interrupted twice for reproduction and moult on land. The moult, an energetically costly phase, is essential for the renewal of hair, as well as epidermis in some monachine seals (Mirounga and Monachus). Southern elephant seals (Mirounga leonina) huddle in mud pools, or “wallows”, while moulting on land. Peripheral vasodilatation through the isolating layer of the blubber to renew skin cells during the moult creates major heat loss, that’s why this species moult on land, fasting, rather than staying in water. Many bird and mammal species developed an energy saving strategy based on social thermoregulation in order to decrease heat loss, especially in extreme environments or particular physiological stages. However, few studies have investigated behavioural and physiological adaptations of southern elephant seals during the moult. Our study rests on the hypothesis that huddling behaviour of moulting elephant seals follows the same determinants and allows equivalent thermal and energetic benefices than social thermoregulation. We studied behavioural adaptations on land of female southern elephant seals during five moult seasons, linked to local environmental and individual physiological variations. Our results show that habitat selection, distances moved on land and aggregation behaviour are influenced by the stage of the moult, the habitat type and meteorological conditions. At the peak of moult, heat loss and aggregation behaviour are both increased, as movements on land are decreased. Moreover, aggregation rate and aggregations size increase when local weather is deteriorated, mainly in “wallows”. However, distances moved increase when windchill is low or solar radiation is high. Furthermore, aggregated seals have a lower body temperature (skin and stomach) than isolated seals. The elevated metabolic rate observed would be linked to thermal constraints and an elevated hormonal metabolism. Although we found no correlation between aggregation and body mass loss, individual aggregation rate was negatively correlated to metabolic rate. Therefore, elephant seals are sensible to environmental conditions and would adapt their behaviour to decrease energy expenditure. Aggregation behaviour allows to decrease heat loss and thus thermoregulation cost. “Wallows” offer thermal advantages and induce an increased moult rate, supposedly by maximising the decrease in heat loss when aggregated. Decreased heat loss would allow an adjustment in body temperature in aggregated seals and energy save from thermoregulation could be reallocated to the moult process. Elephant seals seem to balance movements on land and aggregation, in relation to individual body reserves, in order to decrease energy expenditure. New promising methods to record physiological parameters in the field (heart rate method and the use of bio-impedancemetry) need to be calibrate in this species to allow more precised moult metabolism and energy expenditure records, linked to individual variations.

L'objectif principal de cette thèse de doctorat est le développement et la caractérisation d'une connexion hybride balcon-plancher à usage de rupteur d( pont thermique pour bâtiments isolés par l'extérieur. Structurellement, elle doit assurer la transmission d'un moment de flexion important et un effort tranchant liés au porte-à-faux du balcon. Ce système est de la famille des connexions hybrides encore peu décrites dans la littérature scientifique et pou laquelle ces travaux apportent une contribution. Les solutions existantes pour corriger les ponts thermiques de balcon impliquent des contraintes architecturales ou techniques. Les rupteurs de ponts thermiques sont une solution pertinente structurellement et them1iqucment. Les principaux systèmes existants n'exploitent pas de technologie hybride béton-acier à ce jour. Le comportement mécanique du rupteur a d'abord été testé expérimentalement sous chargement vertical statique monotone lors d'une campagne de cinq essais. Les résultats mettent en évidence une réponse moment-rotation très ductile et conforme aux attentes des pré-dimensionnements. Dans le prolongement de l'interprétation expérimentale, un modèle semi-empirique a été développé. Le gain apporté par une disposition spécifique d'ancrage en traction par barres transversales soudées a pu être quantifié en comparaison avec les modèles analytiques existants. Le comportement différé de la connexion, imputable au nuage du béton à l'interface avec les éléments hybrides a fait l'objet d'une étude expérimental, Le lien entre l'évolution de la rotation de la connexion et le coefficient de nuage matériel a été établi. Un modèle numérique calibré sur les essais de chargement vertical a permis d'étudier en détail le fonctionnement de la clé de cisaillement du rupteur. La détermination des conditions aux limites du système a permis de justifier les diagrammes d'efforts sur la clé. Enfin, le dernier volet de ce travail de thèse concerne la justification en fatigue du système sous l'action de la dilatation thermique différentielle entre h balcon et le plancher. /\près une série d'essais en fatigue oligocyclique pour établir un critère de résistance et une étude de la sollicitation thermique, la durabilité du rupteur a pu être démontrée. Le développement du rupteur SUNE peut à ce stade être considéré comme abouti et pem1et d'en valider l'aptitude pour une gamme de produit. L'industrialisation et la commercialisation du produit passera nécessairement par une certification pour laquelle des justifications poussées sont d'ores et déjà établies et seront un gage de pertinence scientifique du système. / The main goal of this Ph.D. thesis is the development and characterization of a hybrid balcony-floor connection used as a thermal break for externally insulated buildings. Structurally, it must ensure the transmission of a significant bending moment and a shear force due to the balcony cantilever. This system belongs to the hybrid connections still poorly described in the scientific literature and for which this thesis makes a contribution. Existing solutions to avoid balcony's thermal bridges involve architectural or technical constraints. Thermal break systems are structurally and thermally relevant solutions. The main existing systems do not involve steel concrete hybrid technology to date. The mechanical behavior of the developped system has firstly been tested under vertical static loading during a campaign of five tests. The results show a very ductile moment-rotation response that meets design expectations. As an extension of the experimental interpretation, a semi-empirical model has been developped. The gain of stiffness obtained by a specific anchoring detail has been quantified in relation to existing analytical models. The creep behavior of the connection, due to the concrete creeping at the interface with the hybrid elements has been the object of an experimental study. The link between the evolution of the connection rotation and the material creep coefficient has been established. A finite element mode! has been calibrated on the vertical loading tests and allowed to study in detail the behaviour of the system's shear key. The determination of the boundary conditions of the system justifies the force diagrams on the key. The last part of this work concerns the justification of the system under the fatigue loading provoked by the differential thermal expansion between the balcony and the floor. A series of tests under oligocyclic fatigue loading was performed to establish a resistance criterion and a study of the actual thermal stress action was completed. Finaly, the durability of the connection has been demonstrated. The development of this hybrid connection can be successfully considered and validates the suitability for a range of products. The industrialization and marketing of the product will go through a certification for which the justifications are already established and will be a guarantee of the scientific relevance of the system.

Les déplacements des barrages en béton sont influencés par de nombreux facteurs tels que lacharge hydrostatique, les effets thermiques et les effets irréversibles. Pour interpréter les mesures,séparer les différentes influences et identifier un éventuel comportement pathologique,des modèles physico-statistiques de type régression multi-linéaire sont couramment utilisés parl’ingénierie. L’estimation de la composante thermique est cependant une source d’incertitudesignificative pour ces modèles. Les objectifs de cette thèse sont alors de mettre en évidenceles mécanismes à l’origine des déplacements thermiques, de clarifier les hypothèses des modèlesactuels et de déterminer les principales sources d’incertitudes parmi les influences environnementalesafin de proposer des pistes d’amélioration de la modélisation statistique. Deux nouveauxmodèles physico-statistiques ont alors été développés pour prendre en compte l’influence de latempérature de l’eau qui s’est révélée être l’un des facteurs prépondérants d’incertitude. Dansun premier temps, uniquement la valeur moyenne a été introduite. Puis, parallèlement à desmesures in-situ, des profils réalistes sont pris en compte sur la hauteur du barrage. Ces modèlesont été testés sur un environnement virtuel (modèle aux éléments finis) puis sur un cas d’étuderéel, montrant une diminution significative de la dispersion résiduelle ainsi qu’une augmentationdu caractère prédictif. / Concrete dam displacements are influenced by various factors such as hydrostatic load, thermaleffects, and irreversible effects. In order to interpret measurements, to split apart all the differentinfluences and to identify a potential pathological behaviour, physico-statistical modelssuch as multi-linear regression are commonly employed in dam engineering. Nevertheless, thethermal component estimation is an important source of uncertainty for these models. Thus, theobjectives of this thesis are to highlight the mechanism that generate thermal displacement, toclarify model hypothesis, to determine the main sources of uncertainty from environnemental influencesso as to propose improvements of statistical modelling. Two original physico-statisticalmodels have been develloped to account for water temperature which has been identified as amain source of uncertainty. Firstly, only the mean value has been introduced. Then, in parallelto in-situ measurements, realistic temperature profils are accounted for over the dam’s height.These models have been tested both on a virtual environnement (finite element model) and ona real study case. The results show a significant reduction of the residual dispersion and anincrease of the predictive capacity of the models.

Les systèmes solaires thermiques combinés à un système d’appoint tel que une chaudière, une pompe à chaleur ou intégrant une machine à absorption, peuvent jouer un rôle important dans la réduction des consommations des bâtiments pour les besoins de chauffage, de climatisation et de production d’eau chaude sanitaire. Dans ce sens, la caractérisation des performances énergétiques des systèmes thermiques est un enjeu crucial.Les méthodes de caractérisation actuellement disponibles sont soit basées sur plusieurs essais physiques séparés des composants du système à évaluer, chose qui ne prend pas en compte les vraies interactions entre ces derniers, soit sur des modèles physiques qui peuvent être complexes et difficilement identifiables notamment du fait que les systèmes actuels sont compacts et préfabriqués en usine. En l’absence de méthode fiable pour estimer les performances des systèmes solaires thermiques avant leur intégration au bâtiment, le marché de ses derniers subit de fortes contraintes pour son développement.Dans ce contexte il devient indispensable de développer une méthodologie générique qui peut être appliquée à différentes typologies de systèmes et qui pallie les difficultés rencontrées par les méthodes actuelles.L’approche d’évaluation proposée dans ce mémoire est constituée de quatre étapes principales : la détermination d’une séquence de test, l’essai du système dans un banc d’essai semi-virtuel selon la séquence déterminée, l’acquisition des données et l’identification d’un réseau de neurones artificiels (RNA) du système et enfin la simulation du modèle en vue de l’estimation de la consommation du système dans l’environnement désiré. L’avantage d’utiliser un modèle complètement « boîte noire » du système complet à l’aide des RNA la rend totalement « non intrusive ». La connaissance des paramètres internes aux systèmes (rendements, conductivités thermiques, régulation etc.) n’est en conséquence pas nécessaire pour l’application de la méthodologie.La validation de la méthodologie a été réalisée à travers plusieurs expérimentations numériques, pour 7 systèmes issus de 3 typologies différentes, durant lesquelles les estimations des RNA ont été comparées aux calculs des modèles physiques dans plusieurs conditions différentes (qualité du bâtiment, climat et surface du capteur). Une application de l’approche développée dans le cas de 5 systèmes réels a permis la confirmation de la pertinence de la méthodologie. / Solar thermal systems combined with a backup system such as a boiler, a heat pump or incorporating an absorption chiller, can play an important role in reducing buildings energy consumption for heating, cooling and hot water production needs. In this sense, characterizing the energy performance of thermal systems is crucial.Currently available methods of system characterization are either based on several separate physical tests of system components to be evaluated, which do not take into account the real interactions between them, or on physical models that can be complex and difficult to identify especially because systems nowadays are compact and prefabricated in the factory. Due to the lack of a reliable method to estimate the performance of solar thermal systems before their integration into buildings, their market faces a lot of impediment to be developed.In this context, it becomes essential to develop a generic methodology that can be applied to different types of systems which overcomes the difficulties encountered by the current ones.The proposed evaluation approach in this manuscript is composed of four main steps: determining a test sequence, testing the system in a semi-virtual test bench according to predetermined sequence, data acquisition and identifying an artificial neural network (ANN) of the system and finally the model simulation in order to estimate the system consumption in the desired boundary condition. Using a completely "black box" model of the whole system using the ANN makes the methodology totally "non-intrusive". No prior knowledge about the systems internal parameters (yields, thermal conductivities, regulation etc.) is necessary to apply the proposed approach.The methodology validation was performed through several numerical experiments for seven systems coming from three different typologies. During the validation process, ANN estimates were compared with calculations of physical models in several different conditions (quality of building, climate and collector area). The developed approach was applied to five real systems as well. The application results allowed the confirmation of the methodology relevance.

Depuis plus de vingt ans, le besoin en numérisation 3D de pièces industrielles augmente considérablement. Par conséquent, un grand nombre de techniques expérimentales ont été proposées ainsi que quelques solutions commerciales. Cependant, des difficultés subsistent pour l’acquisition de surfaces optiquement non coopératives, comme les surfaces transparentes et/ou spéculaires. En effet, la transmission ou réflexion spéculaire de la lumière va à l’encontre du fonctionnement des systèmes conventionnels d’acquisition 3D, qui repose sur l’acquisition de la partie diffuse de la réflexion. Afin d’aborder la problématique de numérisation 3D des surfaces métalliques fortement réfléchissantes, nous proposons l’extension d’une technique non conventionnelle, initialement dédiée aux objets en verre et appelée « Scanning from Heating ». Cette technique diffère des approches classiques de triangulation active par la mesure de l’émission thermique de la surface plutôt que de la réflexion du rayonnement visible. Une source laser est géométriquement calibrée avec un capteur infrarouge pour extraire le nuage de points 3D des images thermiques. En nous appuyant sur les propriétés thermo-physiques des métaux, nous présentons un modèle théorique des échanges thermiques mis en jeu par la technique, permettant de démontrer la faisabilité sur les matériaux métalliques. Grâce à un outil de simulation par éléments finis, les résultats apportent des indications essentielles pour le développement d’une solution expérimentale et le réglage de celle-ci. Un premier dispositif expérimental a été mis en œuvre afin de valider le processus de numérisation 3D sur des surfaces spéculaires, de géométries et de compositions variées. Par ailleurs, une comparaison de nos résultats de numérisation avec ceux d’un système conventionnel permet de démontrer la polyvalence de notre technique. En effet, à partir d’un panel d’échantillons de géométries identiques mais d’états de surface différents, nous mettons en évidence que les performances d’acquisition 3D ne sont pas influencées par la rugosité de la surface. Enfin, en se basant sur des observations empiriques, un prototype de numérisation 3D est développé afin d’apporter des améliorations conséquentes par rapport au système initial / For the past twenty years, the need for three-dimensional digitization of manufactured objects has increased significantly and consequently, many experimental techniques and commercial solutions have been proposed. However, difficulties remain for the acquisition of optically non cooperative surfaces, such as transparent or specular ones. Since the working principle of conventional scanners is based on the acquisition of the diffuse part of the reflection, transparency and specular reflections may cause outliers. To address highly reflective metallic surfaces, we propose the extension of a non conventional technique that was originally dedicated to glass objects, called “Scanning from Heating”. In contrast to classical active triangulation techniques that acquire the reflection of visible light, we measure the thermal emission of the heated surface. A laser source is geometrically calibrated with a thermal sensor to extract a cloud of 3D points from infrared images. Considering the thermo-physical properties of metals, we present a theoretical model of heat exchanges that are induced by the process, helping to demonstrate its feasibility on metallic materials. With a finite element analysis solver, results give some important indications about the conception and the settings of the experimental solution. A first device has been designed in order to validate the 3D digitization process on specular surfaces, with various geometries and compositions. Furthermore, a comparison of our results with those of a conventional system shows the versatility of our technique. Actually, from metallic samples with the same dimensions but various surface states, we prove that the accuracy of the 3D acquisition is not affected by the surface roughness variations. Finally, according to some practical observations, a 3D scanner prototype has been designed to improve the efficiency of the first system

Le travail de recherche concerne l'aide au diagnostic énergétique de bâtiments par le développement d'outils et de procédures d'auscultation basés sur les transferts thermiques. L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement thermique de parois constituant l'enveloppe de bâtiments, c'est à dire d'identifier les principales caractéristiques thermiques (conductivité thermique, chaleur volumique...) ainsi que les phénomènes de déphasage de sollicitations, en conditions de laboratoire et in situ. L'instrumentation est basée sur l'utilisation de capteurs fluxmétriques qui est spécifique et innovante, elle est associée à des procédures de traitement des données, dans le domaine fréquentiel (impédance thermique), basées à la fois sur des modèles de comportement et des études de sensibilités aux différents paramètres induits par procédure expérimentale. Au-delà des objectifs réglementaires, il est nécessaire de pouvoir estimer l'influence de la mise en œuvre des composants des parois mais également l'évolution de leurs caractéristiques thermiques en fonction des sollicitations micro-climatiques (évolution de leur teneur en eau). La caractérisation est basée sur des mesures de laboratoire, dites "classiques", sur des échantillons de matériaux de petites dimensions (quelques dm²), mais également sur des parois reconstituées de dimensions moyennes (quelques m²). Enfin les résultats sont comparés à des mesures réalisées in situ sur des bâtiments existants pendant une année complète en fonction des saisons. / The research is relative to the diagnosis of building energy by developing tools and non destructive testing procedures based on heat transfer. The objective of this work is to study the thermal behavior of walls constituting the building envelope, namely to identify the main thermal characteristics (thermal conductivity, volumetric heat...) and the phenomena of phase stresses in laboratory and in situ conditions. The instrumentation is based on the use of heat flux sensor thaht is specific and innovative, it is associated with procedures for data processing in the frequency domain (thermal impedance), based both on models and studies sensitivities to different parameters induced by experimental procedure. Beyond the regulatory objectives, it is necessary to estimate the influence of the implementation of the components of the walls but also the evolution of their thermal characteristics depending on the micro-climate disturbance (changes in water content). The characterization is based on laboratory measurements, "classic" on samples of materials of small dimensions (few dm²), but also on walls reconstituted medium size (several square meters). Finally the results are compared with measurements made in situ on existing buildings for a full year with the seasons.