Lorsqu'une goutte impacte une surface chaude dont la température est bien plus élevée que la température d'ébullition du liquide, une couche de vapeur se forme et elle lévite au dessus de la surface: ce phénomène est appelé "Effet Leidenfrost". Dans cette étude, un nouvel algorithme permettant de modéliser les régimes d'évaporation et d'ébullition à l'interface liquide/gaz a été développé. En effet, dans certaines situations où les conditions thermodynamiques à l'interface sont très hétérogènes, la distinction entre les régimes d'évaporation et d'ébullition n'est pas toujours possible. C'est le cas de l'impact d'une goutte sur une surface chaude en régime de Leidenfrost. Dans ce cas, l'ébullition se produit dans le film de vapeur saturée piégé entre la goutte et la paroi, tandis que sur le dessus la goutte s'évapore au contact de l'air ambiant. De ce fait, l'ébullition et l'évaporation peuvent survenir simultanément dans différentes régions de la goutte. Les méthodes numériques classiques ne sont pas en mesure de prendre en compte ce régime transitoire. Par conséquent, un nouvel algorithme a été développé pour y parvenir. Cet algorithme a été utilisé pour simuler le rebond d'une goutte axisymétrique en régime de Leidenfrost. Les résultats sont ensuite comparés à des données expérimentales. / When a liquid droplet impacts on a heated surface at a temperature much higher than the liquid's boiling point, it floats above the surface due to a vapor layer formation: this phenomenon is called the Leidenfrost effect. In this study, we propose a novel numerical method which allows dealing both with evaporation and boiling regimes at the interface between a liquid and a gas. Indeed, in some specific situations involving very heterogeneous thermodynamic conditions at the interface, the distinction between boiling and evaporation is not always possible. It can occur when a droplet impacts a hot surface in the Leidenfrost regime. In this case, boiling occurs in the film of saturated vapor which is entrapped between the bottom of the drop and the plate, whereas the top of the liquid droplet evaporates in the contact of the ambient air. Thus, boiling and evaporation occur simultaneously on different regions of the droplet when it impacts a heated surface. Usual numerical methods are not able to perform computations in this transient regimes, therefore, we propose in this study a new numerical method to achieve this challenging task. This algorithm is used to simulate an axisymmetric impact of a liquid droplet in the Leidenfrost regime for different Weber numbers and the results of this simulations are compared with experimental data.

La technique de frittage flash (communément appelée Spark Plasma Sintering, SPS) suscite un engouement au niveau mondial. Ce procédé permet la densification de poudres à des vitesses généralement 10 à 100 fois plus élevées que celles des techniques de frittage traditionnelles. Il permet la synthèse de matériaux massifs innovants et originaux, à microstructures contrôlées, de formes complexes et de grandes dimensions. Cependant, la maîtrise du changement d’échelle et de l’homogénéité microstructurale des pièces obtenues par ce procédé nécessite une parfaite connaissance technique des équipements de frittage flash pour limiter notamment les gradients thermiques. La modélisation est une aide précieuse pour aboutir à l’amélioration de cette maîtrise. Une autre potentialité de cette technologie, l’assemblage de métaux, sans apport de matière, permet de répondre à des sollicitations industrielles pour lesquelles cette technique offre une solution alternative intéressante aux procédés d’assemblage actuels. Des aspects technologiques restent, toutefois, à maîtriser pour aller vers la réalisation d’assemblages de bonne qualité. / The flash sintering technique (commonly known as spark plasma sintering, SPS) generates a craze worldwide. This process allows a powder densification from speeds generally 10 to 100 times higher than those of the traditional sintering techniques. In addition, this allows the synthesis of innovative and original dense materials, with a controlled microstructure, complex shapes and, sometimes large sizes. However, the control of scaling and microstructure homogeneity of parts obtained by such a process requires a perfect knowledge of technical equipment including flash sintering to reduce thermal gradients. Modeling is a valuable aid to achieve the improvement of its control. Another potentiality of this technology, the welding of metal without matter, throught industrial demands offers an attractive alternative method to classical welding methods. Technological aspects remain, however, to master to go towards achieving good multi-materials.

L’acier inoxydable martensitique à l’azote XD15NW (Fe–15,5%Cr–0,4%C–0,2%N–1,7%Mo–0,3%V) est un candidat attractif pour les bagues de roulement des moteurs spatiaux. Il possède de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance à la corrosion grâce à l’azote qui contribue à la formation de précipités de petite taille dans une matrice à grains fins. Nous avons étudié les évolutions microstructurales de cet acier au cours d’une succession de traitements thermiques: austénitisation et trempe, revenu, traitement de surface par induction. Outre les techniques usuelles d’analyse microstructurale (MEB, MET, dilatométrie), nous avons utilisé la diffraction des rayons X de haute énergie in situ (rayonnement synchrotron). Cette technique nous a permis d’obtenir les cinétiques d’évolution des phases en fonction de la température et du temps, les gradients de microstructure au sein de pièces traitées par induction en surface et les évolutions de paramètres de maille des phases / The nitrogen martensitic stainless steel XD15NW (Fe–15,5%Cr–0,4%C–0,2%N–1,7%Mo–0,3%V) is an attractive candidate for the bearing rings of the space engines turbopumps. It owns good mechanical properties and a good corrosion resistance thanks to the nitrogen which contributes to the formation of little size precipitates in a fine grains matrix. The microstructural evolutions of this steel during a succession of thermal treatments were studied: austenitisation and quenching, tempering, induction surface heat treatment. In addition to the usual techniques of microstructural analysis (SEM, TEM, dilatometry), the in situ high energy synchrotron X-ray diffraction was used. It allowed to obtain the evolution kinetics of the phases as a function of temperature and time, the microstructural gradients in induction treated samples and the lattice parameters evolutions which are linked to the chemical composition or the internal stresses evolutions of the phases

Ce mémoire de thèse porte sur l'exploitation de l'effet Seebeck pour la caractérisation thermo-physique des matériaux thermoélectriques (TE) solides et liquides. Lors de travaux récents au sein du laboratoire, la technique photothermoélectrique (PTE) a été développée pour la caractérisation thermique de matériaux TE solides de faibles conductivités électriques. Dans ce travail, l'utilisation de cette technique a été généralisée à tous les matériaux TE solides (de faibles ou de hautes conductivités électriques). Cela est rendu possible par la prise en compte de la nature gaussienne de l'excitation thermique modulée à laquelle le matériau est soumis ainsi que par la compréhension des effets de couplage des mécanismes de transport thermique et électrique dans les matériaux TE. Dans cette thèse, plusieurs matériaux thermoélectriques solides ont été étudiés : le trisulfure de titane (TiS₃), les oxydes types Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ, le séléniure du tellurure de bismuth (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). La tension auto-induite par effet Seebeck a été aussi exploitée pour la détection des transitions de phases que présentent certains matériaux thermoélectriques, ici le cas du séléniure de cuivre a été étudié. Une nouvelle procédure qui permet de déterminer l'évolution de la diffusivité thermique d'un matériau TE en fonction de la température est présentée. En plus des matériaux TE solides, la technique PTE a été étendue à l'étude des matériaux thermoélectriques liquides (LTE). Un modèle théorique qui décrit le signal délivré par un matériau LTE soumis à une excitation thermique périodique a été développé. Ensuite, une étude de l'évolution des propriétés thermiques d'un matériau LTE en fonction de la concentration d'un soluté a été réalisée. Enfin, l'approche dite de cavité résonnante d'ondes thermiques (TWRC) a été utilisée pour investiguer thermiquement des matériaux LTE. À notre connaissance, c'est la première fois que l'approche TWRC est utilisée pour l'analyse du signal généré par un liquide thermoélectrique. L'utilisation des LTE comme capteurs thermiques a été aussi abordée dans ce travail. / The use of the self-induced Seebeck effect in thermophysical characterization of solid and liquid thermoelectric (TE) materials is described in this manuscript. In previous works, the photothermoelectric technique (PTE) has been developed in our laboratory for the thermal characterization of solid TE materials having low electrical conductivities. In this work, we first generalized the use of the PTE technique to all solid thermoelectric materials (with high or low electrical conductivities). This is achieved by taking into account the Gaussian shape of the thermal source exciting the material as well as by the understanding of the coupling effects between thermal and electrical transport mechanisms when a TE material is submitted to a modulated thermal excitation. In this thesis, several solid thermoelectric materials were studied : Titanium trisulfide (TiS₃),Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ oxydes and Bismuth Selenido-telluride (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). Then, the self-induced Seebeck voltage was used for the detection of phase transitions exhibited by certain thermoelectric materials. The case of the copper selenide (Cu₂Se) was studied. A new procedure allowing to follow the temperature dependance of the thermal diffusivity of solid TE materials is also presented. In this work, the PTE technique was extended to liquid thermoelectric (LTE) materials. Indeed, a theoretical model describing the signal delivered by a LTE material subject to a periodic thermal excitation has been developed. Then, a study of the evolution of the thermal properties of an electrolyte as function of a solute concentration was performed. Finally, the thermal-wave resonator cavity (TWRC) approach was used to characterize thermally LTE materials. As far as we know, this is the first method proposing a TWRC approach applied directly to the sensor itself. The use of LTE such as heat sensors was also addressed here.

Les structures en bois sont de plus en plus utilisées de nos jours dans les constructions de génie civil. Cette utilisation massive du bois s’explique notamment par le caractère écologique du matériau et son attrait esthétique. Ces structures sont composées d’éléments en bois assemblés entre eux à l’aide d’organes métalliques tels que des boulons, broches, plaques métalliques,...etc. La résistance globale de la structure est étroitement liée aux capacités résistantes de ses liaisons. Ces zones constituent donc des endroits vulnérables lors d’un incendie. La compréhension de leur comportement sous sollicitation thermique de type incendie nécessite donc une attention particulière. Le bois est connu comme matériau anisotrope et relativement humide. La grande variabilité de ses propriétés mécaniques et la présence d’organes métalliques dans les assemblages rendent l’étude de ceux-ci beaucoup plus complexe. C’est notamment le cas en situation extrême d’incendie où la connaissance des valeurs de certains paramètres en fonction de la température est plus ou moins approchée. Lorsque l’assemblage est sollicité par des hautes températures, des flux thermiques et hydriques se manifestent et agissent sur les caractéristiques mécaniques et physiques des matériaux. Les méthodes actuelles de calcul technique de ces structures restent très sécuritaires et tendent à être simplificatrices dans certains cas. Une meilleure caractérisation de la réponse de ces assemblages sous action thermique s’impose si l’on veut optimiser les structures. Pour étudier les transferts thermiques et hydriques dans les éléments d’assemblages bois, deux approches ont été adoptées : expérimentale et numérique. L’approche expérimentale qui débute par l’étude d’un assemblage mono-tige soumis à l’action du feu ISO 834. L’étude des transferts thermiques à différents endroits des assemblages est réalisée ainsi que l’influence de la présence de la plaque métallique et le choix du type d’organes métalliques. Les résultats obtenus ont conduit à l’étude des deux éléments principaux de l’assemblage que sont le bois et les tiges métalliques. Les résultats obtenus permettent à la fois une meilleure compréhension et quantification de l’influence du choix de la tige métallique, de la présence de l’eau dans le bois. L’étude numérique a consisté à la mise en place de différents modèles. Un premier modèle simplifié basé sur les différences finies est réalisé. Il permet l’étude des transferts thermiques dans les organes métalliques. Ensuite deux modèles utilisant les éléments finis sont réalisés : le premier utilisé sous le code de calcul Msc.Marc et le second a été programmé ave des éléments finis surfaciques. Ce dernier modèle permet la prise en compte du comportement thermo-hydrique dans le matériau. Ils rentrent dans le cadre de la calibration des paramètres thermomécaniques du bois sous hautes températures et permettent d’aborder différentes configurations d’assemblages bois. Enfin une étude comparative et de discussion est réalisée entre les résultats réels et les résultats numériques. Les résultats obtenus sont satisfaisants. / Nowadays, timber structures are well on the way to democratization as regards building uses. They, indeed, present many advantages including light weight, speed of implementation and contribution to sustainable development. These structures are made of timber elements connected together using metal components such as bolts, dowels and nails forming the mechanical joints, which is sometimes reinforced with metal plates. Consequently, the joints are vulnerable areas when exposed to fire. Understanding their mechanical behavior, therefore, is essential, not only as regards fire exposure, but also as regards the coupling of the thermal and hydric fluxes within the connections. As we know, wood is an anisotropic material and relatively humid. The combination of the architectural demand and the material mechanical resistance requires wood materials to cohabit with other materials like steel fasteners. With the presence of steel members, thermo -hydric heat transfer phenomena within joints under fire exposure increase in speed and complexity [4 e7].This complexity comes from the difference between the materials regarding mechanical rigidity and thermo -hydric permeability. It affects the mechanical and thermo-physical properties of the materials eventually, in particular, thermal conductivity and specific heat subjected to the thermal action of fire. With this aim in view, the present research provides important experimental and numerical data, which are needed in the field of understanding and quantifying thermos-hydric transfer phenomenon within timber-steel connections. The objective of this thesis is to present the findings of the investigations carried out to study experimental and numerical thermo-hydric transfer of timber connections subjected to the ISO-834 standard conditions of fire exposure. The experimental part starts by the study of a sin gle bolt or single dowel timber-timber connections under fire. The temperature-time evolutions are measured at different places of the connections. Then two studies are carried out about the main two components of connections (wood and metal rods). The results obtained allow a good comprehension and quantification about the choice of the metal rods (bolt or dowel). A good comprehension is also obtained about the water contained in timber. The simulation model is reached in many ways: first, through the thermal study of the steel fasteners using the Finite Differences Method and another model using the Finite Element Method. Second, through the modeling of thermal behavior of the connection using the finite element method with the Msc-marc software is carried out. The last model is about the thermos-hydric behavior of the timber. The comparison between experimental and numerical results is satisfactory.

Les zones de cisaillement constituent des objets structuraux communs de la lithosphère. À grande échelle, elles sont le siège principal des déplacements entre plaques tectoniques, accommodant de grandes quantités de déformation. La compréhension de leur comportement mécanique dans le temps et l'espace est donc essentielle pour la connaissance générale de la dynamique de la lithosphère. La température joue un rôle majeur sur la loi de comportement rhéologique qui caractérise le domaine ductile (en profondeur), réduisant alors efficacement la résistance mécanique. Chaque roche possède en outre des propriétés mécaniques intrinsèques qui varient en fonction de sa composition minéralogique, de sa texture et de sa structure interne. Or, en l'absence de grandeurs directement mesurables en profondeur, la rhéologie de la lithosphère demeure sujette à diverses interprétations. Le comportement mécanique des zones de cisaillement est d'autant plus méconnu qu'elles sont le siège d'intenses changements de la nature des roches et de perturbations thermiques majeures. En particulier, l'énergie mécanique qui y est convertie en chaleur (shear heating) peut engendrer une étroite interrelation entre thermique et mécanique. Ce travail de thèse vise à contribuer à la connaissance générale de la rhéologie des zones de cisaillement lithosphérique. Une approche originale a été mise en place, se basant sur l'évolution thermique aux abords et au sein des zones de cisaillement. Sur la base de modèles numériques thermo-cinématiques 2-D et de développements analytiques, la variabilité de premier ordre de l'évolution et de la perturbation thermique est analysée et quantifiée au regard de l'influence des trois processus thermiques majeurs que sont la diffusion, l'advection et le shear heating. Les résultats sont confrontés aux signatures thermiques métamorphiques associées aux chevauchements intra-continentaux pour lesquels les influences des processus d'accrétion et d'érosion sont également examinées. Le cas du Main Central Thrust (Himalaya), associé à une inversion thermique métamorphique bien développée, est pris comme exemple de référence. Nos résultats quantitatifs mettent en avant le rôle crucial du shear heating, notamment de la variabilité de la résistance mécanique des zones de cisaillement. L'accent est mis sur l'importance des paramètres de fluage des roches. L'étude de zones de cisaillement centimétriques développées au sein de la granodiorite du Zillertal (fenêtre des Tauern, Alpes) à la faveur de faibles variations de la composition minéralogique révèle l'extrême sensibilité de la rhéologie des roches ignées représentatives de la croûte continentale. Les conséquences de cette variabilité intense à petite échelle sont finalement discutées au regard des rhéologies classiquement considérées dans les modèles qui s'intéressent aux processus qui régissent la dynamique de la lithosphère. / Shear zones are common structural features in the lithosphere and occur at various scales (from microscopic to lithospheric). At the lithospheric scale, they concentrate most of the relative movements between tectonic plates, and therefore, accommodate a high amount of strain. Consequently, the understanding of both their spatial and temporal mechanical behaviour is crucial for the general knowledge of the lithosphe dynamics. Rheology of rocks, which define their mechanical behaviour, is controlled by physical laws that predict how they deform under some stresses. Temperature plays a major role in the creep-dislocation behaviour, which characterizes the ductile domain (in depth), decreasing efficiently the rock strength. Furthermore, each rock has intrinsic mechanical properties, which depend on its mineralogical composition, texture and internal structures. However, due to the lack of data directly measurable deeper than a few kilometres, the lithosphere rheology, and in particular the continental lithosphere remains subject to drastically different interpretations. The mechanical behaviour of major shear zones is not fully understood, as they are the location of intense changes of both the rock internal nature and major thermal perturbations. Especially, the mechanical energy, converted into heat (shear heating) causes a close interaction between thermal ad mechanical evolutions. This thesis aims to better understand the rheological state of lithospheric scale shear zones. For this purpose, we used an original approach, based on the temperature field evolution around and within such shear zones. From 2D numerical thermo-kinematic models and analytical developments, the first order variability of thermal evolution and perturbation is anal- ysed and quantified with respect to the impact of three major thermal processes, defined as diffusion, advection and shear heating. Results are compared to metamorphic thermal signatures associated to intra-continental thrust zones for which the influence of both accretion and erosion was also investigated. The case of the Main Central Thrust (MCT) in the Himalayas, whose the inverse metamorphic thermal zonation has been extensively studied, was chosen as the main natural analogue. Our quantitative results highlight the crucial role of shear heating, and more particularly of mechanical strength variability within shear zones. We thus emphasise on the importance of rock creep parameters. The study of centimetre-scale shear zones, which developed within the granodiorite of the Zillertal nappe (Tauern window, Tyrol, Alps) thanks to little local variations of the mineralogical composition, reveals the extreme sensitivity of igneous rocks rheology, representative of the continental crust. The consequences of such an intense variability, revealed at small scale are finally discussed with regard to rheologies usually considered in models that focus on processes controlling lithosphere dynamics.

Le transport routier est responsable d’une partie des émissions de polluants sur la planète. Conscient de ce problème, des lois sur les émissions des véhicules sont régulièrement votées afin de réduire l’impact environnemental du transport automobile. Ces lois de plus en plus restrictives ont poussé les fabricants automobiles à réduire la taille des moteurs essence et à utiliser des procédés d’injection directe afin d’augmenter le ratio puissance/volume des moteurs et réduire la consommation. Cependant avec l’utilisation de l’injection directe, de nouveaux problèmes apparaissent, notamment la production de particules fines, elles-mêmes réglementées. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre. En effet, les films liquides engendrés par l’injection de carburant sont identifiés comme principaux responsables de la production de particules. Dans ce contexte, les films liquides sont étudiés expérimentalement à l’aide d’un injecteur haute pression disposant de 3 trous. Les aspects dynamiques de création et d’étalement du film liquides sont étudiés et modélisés. S’en suit une étude thermique de l’interaction entre le spray et la paroi. Afin de caractériser les pertes de chaleur observées lors de l’impact, ces pertes thermiques étant responsables d’un délai dans la vaporisation du carburant et donc d’inhomogénéités du mélange au moment de la combustion, une modélisation de ces pertes et du transfert thermique associé est aussi proposée. Enfin une étude des taux d’évaporation de plusieurs alcanes purs puis de mélanges est proposée. Ces mesures ont servi à la calibration d’un modèle numérique d’évaporation de films fins de carburants sur des parois chaudes. Autour de ces différentes études, une campagne d’essais moteurs a été effectuée. L’objectif est de confirmer que les études expérimentales faites en laboratoires sont bien transposables (moyennant la prise de certaines précautions) aux moteurs automobiles. Les conclusions des différentes études sont finalementproposées / The road transport is responsible of a considerable amount of pollutants emissions at the worldwide scale. To tackle this issue, many laws are trying to give a framework to reduce the emissions at the global scale. The law are always more restrictive, and they oriented the car manufacturers to the reduction of their gasoline engine size. This phenomenon, called downsizing, lead to the use of direct injection in order to improve the power/volume ratio of the engine. However, with direct injection the problem of particle emissions arose. Indeed, the liquid film generated during the injection process are responsible of inhomogeneities in the combustion chamber which lead to particles formation. In this context, the study of the fuel films in the combustion chamber is a major concern. To perform this study several experimental apparatus are designed in this thesis. A high-pressure 3-hole solenoid injector is used in order to generate liquid films. The generation and the spreading of the liquid films is observed and modelled. Then the thermal aspects of the spray impingement is studied, to characterise the local heat transfer. These thermal loss are delaying the evaporation of the liquid film, which will lead to inhomogeneities in the combustion chamber and particle generation. A modelling of the heat transfer is also proposed, finally the evaporation rate of alkanes films is proposed. Mono and multicomponents films are studied, these measures were used to calibrate a numerical model for the evaporation of thin liquid films on hot walls. Together with the previous experimental investigationsand models a test campaign on a real engine has been held. The objective is to confirm that, the results produced out of the engine are transposable to the engine (with careful attention). Conclusions on the different aspects are then presented

L'objectif de cette thèse est l'étude des échanges et de la dissipation d'énergie aux échelles mésoscopiques, à travers l'étude de nanotubes, de nanofils ou de pointes taillées par exemple. Notre intérêt pour la dissipation d'énergie nous portera vers les NEMS (Nano Electro Mechanical Systems) et leur facteur de qualité. Pour étudier les échanges d'énergie nous nous intéresserons à la thermodynamique aux petites échelles et notamment aux machines thermiques qui exploitent ces échanges d'énergie pour extraire un travail utile (mécanique, électrique...). Ce travail se concentre dans un premier temps sur la dissipation d'énergie et plus particulièrement sur le facteur de qualité de nanotubes de carbone mono-paroi à température ambiante et sur la façon de l'augmenter par application d'une tension électrique. Cette tension électrique induit un fort tirage sur le nanotube et la modification concomitante de la forme du mode résonant modifie la dissipation d’énergie. Ce phénomène, couplé à une modification des propriétés de l’ancrage (effet d’ancrage mou ajustable en tension) résultant également de la tension, diminue drastiquement la dissipation d’énergie et on atteint alors des facteurs de qualité record. Dans un second temps, nous nous intéressons aux machines thermiques : une machine stochastique cyclique et une machine électrique continue. La machine thermique stochastique est réalisée avec un nanofil vibrant sous ultra haut vide. La thermodynamique stochastique permet de redéfinir le travail et la chaleur pour un objet qui stocke des quantités d’énergies similaires aux fluctuations du bain thermique avec lequel il est en contact. Le premier objectif est de réaliser un cycle de Carnot permettant d'atteindre le rendement du même nom, inaccessible pour les machines macroscopiques. Pour la machine thermique continue nous étudions numériquement un prototype de machine thermique électrique basé sur des effets de résonance d'effet tunnel qui pourrait être une amélioration du principe des machines thermoïoniques. L’utilisation de l’effet tunnel permet à priori de réduire la température de la source chaude de la machine puisque l’on a plus besoin de vaincre le travail de sortie des deux électrodes. Les résonances dans l’effet tunnel, obtenues par confinement dans une dimension, permettent un filtrage en énergie des électrons passant d’un réservoir thermique à l’autre, ce qui a pour effet d’améliorer le rendement de la machine / The purpose of this work is the study of energy transfer and dissipation at the mesoscopic scale, through the study of nanotubes, nanowires, or sharp tips for example. Our interest for energy dissipation will lead us to dive into Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) and their quality factor. Energy transfers will be studied with small scale thermodynamics and stochastic heat engines which use those energy transfers to produce useful work (mechanical, electrical…). This work is focused in a first time on the energy dissipation and particularly on the quality factor of single wall carbon nanotubes at room temperature and the ways to improve it by applying an electrical voltage. This voltage induces a strong pulling on the nanotube and the resulting vibrating shape modification changes the dissipation. This phenomenon, coupled with a clamping modification (tunable soft clamping) also stemming from the voltage, drastically reduces the dissipation. We can then achieve record high quality factors. In a second time we take interest in heat engines: a stochastic cyclic heat engine and a continuous electrical heat engine. The stochastic heat engine is realized with a vibrating nanowire under high vacuum. The stochastic thermodynamics allow us to redefine work and heat for an object that stores energies of the order of magnitude of thermal fluctuations in the thermal bath it interacts with. The aim is to build a Carnot cycle and achieve the corresponding yield, out of reach for macroscopic engines. Concerning the continuous heat engine we study numerically a prototype for an electrical heat engine based on resonant tunneling which could be an improvement of the thermionic heat engines. Allowing the thermal reservoirs to exchange electrons through tunneling allows in principle to reduce the temperature of the hot source because overcoming the work function of both electrodes is not necessary anymore. The resonances in the tunnel effect, obtained through confinement of one dimension, is useful for filtering the energy of the electrons tunneling from one reservoir to another, thus increasing the yield of the heat engine

Des composés organiques volatils (COV) présents dans l'air peuvent avoir un fort impact odorant et doivent être traités. Des techniques de traitement classiques permettent de récupérer ou détruire ces composés. Cependant, ces techniques ne sont pas adaptées aux forts débits d'air et/ou aux faibles concentrations, caractéristiques de certains procédés industriels émetteurs de COV. Une alternative prometteuse est l'utilisation de plasmas non-thermiques. Ce type de plasma, obtenu par des décharges électriques hors-équilibre thermodynamique, contient des espèces réactives qui provoquent la destruction des composés organiques volatils. Cette thèse vise à concevoir, construire et tester un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques pour le traitement de COV à l'échelle pilote, afin de démontrer la faisabilité d'un tel procédé pour le traitement d'odeurs présentes dans un effluent industriel. Les résultats obtenus montrent que, couplé à un catalyseur, le traitement d'odeurs par plasma non-thermique a un vrai potentiel d'application à l'échelle industrielle. En parallèle, cette thèse cherche à mieux comprendre le rôle des transferts de masse au sein d'un réacteur à l'aide d'un modèle analytique et de simulations numériques. Nous montrons que ces transferts peuvent devenir le processus limitant dans le traitement, et demandent donc une attention particulière lors du design d'un réacteur basé sur des plasmas non-thermiques. / Volatile organic compounds (VOC) present in the atmosphere may have a strong odour impact and, being so, must be treated. Some long-established treatment techniques may be able to recover or destruct these compounds. However, these techniques are not suitable for high flow rates and/or low concentrations, typical conditions found in certain VOC-emitting industrial processes. A promising alternative is the use of non-thermal plasmas. This kind of plasma, obtained through non-equilibrium electric discharges, produce reactive species that prompt the destruction of volatile organic compounds. This thesis aims to conceive, build and test a reactor based on non-thermal plasmas for the abatement of volatile organic compounds at pilot scale, in order to demonstrate the feasability of using such a process to treat odourous compounds present in an industrial effluent. The obtained results show that, combined with a catalyst, the use of non-thermal plasmas for odour control in industrial scale has a real potential. In parallel, this thesis seeks a better understanding of the role played by mass transfer in a non-thermal plasma reactor through the use of an analytical model and numerical simulations. We show that mass transfer may become the limiting process of the treatment, and therefore requires special care throughout the design of a non-thermal plasma reactor.

Ces travaux de thèse réalisés entre l'IRT Saint Exupéry et le CEMES, Université de Toulouse, CNRS ont pour objet l'étude d’alliages de la série 2000 pour des utilisations à des températures intermédiaires, de l'ordre de 200°C. La possibilité d'utiliser ces matériaux à cette température permettrait aux industriels du secteur aéronautique de réduire les coûts de production d'une part, et de diminuer les coûts d'exploitation des aéronefs ainsi plus légers d'autre part. Afin de répondre à cette problématique industrielle, deux nuances commerciales ont été considérées : le 2219-T851 et le 2050-T84. Ces nuances, déjà utilisées dans l'industrie aéronautique, ont été caractérisées à différentes échelles d'observation tout au long d'un vieillissement isotherme à 200°C allant jusqu’à 10000 h. Des observations effectuées à l'aide de divers microscopes optiques et électroniques et couplées à des essais mécaniques macroscopiques ont permis de déterminer l'évolution de ces nuances vieillies dans de telles conditions. Les résultats de cette étude montrent une importante stabilité thermodynamique des précipités nanométriques θ'-Al2Cu. Ces précipités constituent la microstructure fine de la nuance 2219-T851 à réception et apparaissent au cours du vieillissement au sein de la nuance 2050-T84 au détriment des précipités T1-Al2CuLi pourtant à l'origine des meilleures performances mécaniques avant vieillissement. Les évolutions microstructurales sont mises en lien avec les propriétés mécaniques en traction. Ces résultats montrent un intérêt industriel pour la nuance 2219-T851 dont la stabilité des propriétés a été montrée dès 1000h de vieillissement. / The main objective of this work which has been conducted between the IRT Saint Exupéry and the CEMES, Université de Toulouse, CNRS laboratory is to reduce production and exploitation costs of aircraft primary structures by evaluating the potential increase of operating temperatures of aluminum alloys. To do so, two already fit-to-fly Al-Cu alloys have been selected and studied: the 2219-T851 and the 2050-T84. These alloys have been characterized throughout ageing treatments up to 10,000h at 200°C with electronic and optical microscopies in order to evaluate the microstructural changes. Standardized mechanical tests have also been conducted to follow the effects of such ageing on the alloys’ properties. The results have shown the stability of the mechanical properties and the microstructure of the 2219-T851 from 1,000h to 10,000h of ageing. This is attributed to the nano-precipitation of θ'-Al2 Cu, stable during the ageing treatment. Moreover, those precipitates tend to form during the ageing of the 2050-T84 by replacing the well known T1-Al2CuLi phase, unstable during medium range temperature ageing. During this thesis, special attention has been paid on the link between the mechanical properties and the fine scale microstructures of both alloys.