La définition de la géométrie du foret et le calcul des efforts de coupe générés pendant le perçage occupent une place centrale dans les travaux de modélisation. Ces informations sont indispensables pour étudier de nombreux problèmes liés au perçage. Ces travaux ont pour but de proposer une modélisation thermomécanique du perçage en utilisant le modèle de la coupe oblique développé et validé au LPMM. Le calcul des efforts de coupe est conduit à partir des angles et des conditions de coupe, du comportement du matériau usiné et des conditions de frottement à l'interface outil-copeau. Après le calcul des angles de coupe moyennant un modèle géométrique développés dans ce travail en se basant sur une définition CAO du foret, les arêtes de coupe sont décomposées en arêtes élémentaires en position de coupe oblique. Le modèle thermomécanique est ensuite appliqué après certaines modifications apportées pour tenir compte des caractéristiques du perçage. Des résultats expérimentaux en termes d'efforts de coupe sont présentés et comparés à ceux calculés par le modèle. Ces esais permettent d'analyser la pertinence du modèle et de valider. Enfin, une première étude d'optimisation de la géométrie du foret est présentée. Pour mieux comprendre les phénomènes accompagnant le perçage, des simulations de coupe orthogonale 2D et du perçage en 3D par la méthode EF ont été effectuées. L'approche numérique fournit une analyse complète et des informations sur le champ des contraintes, des températures, sur la morphologie et l'écoulement des copeaux, mais ces calculs requièrent énormément de temps. Les deux approches peuvent être considérés complémentaires pour l'optimisation du perçage / The determination of the cutting forces generated during the drilling operation is an essential step in the drilling optimisation. This information is crucial for the cutting conditions determination and the tool definition. The aim of this work is to propose a predictive thermo mechanical model for the drilling process. This model is based ont the thermo mechanical oblique cutting model developed and validated in the LPMM laboratory. The parameters used in this model are the cutting angles, the cutting conditions, the behaviour of the workpiece materials and the friction conditions on tool-chip interface. After the determination of the cutting angles from the CAD definition of the drill using a mathematical geometrical model developed in this work, the cutting edges are decomposed into a series of linear oblique cutting edges. A modified version of the thermo mechanical model is then apllied on each elemental cutting edge in order to calculate the elemental cutting forces, and then the global thrust and torque are determined. Experimental dry drilling tests were performed in order to validate the presented model. The calculated and measured global torque and thrust were compared, a good agreement was obtained. In the last section a numerical model using the finite element method with two commercial codes are presented. 2D orthogonal cutting and 3D drilling simulations were carried out. Numerical simulation provides interesting information on the chip formation and on the temperature and stress distributions but the calculations are time consuming. The two proposed methods may be used as complementary approaches to optimize cutting conditions and drill geometry

Les contacts électriques sont utilisés dans les disjoncteurs et contacteurs industriels. Ce sont des composites à matrice d'argent produits par la métallurgie des poudres. Ils s'érodent sous l'effet des arcs électriques apparaissant lors de l'ouverture ou de la fermeture sous courant du circuit. L'objectif de ces travaux était d'étudier cette érosion pour les composites Ag-C, Ag-WC et Ag-SnO2 et de la simuler pour la prédire. L'observation, au moyen de sections transversales, de pastilles de contacts ayant subi des nombres croissants d'arcs électriques nous a permis de décrire l'endommagement des contacts électriques et de proposer des grandeurs caractéristiques de cet endommagement.<br />Nous avons ensuite réalisé des essais de traction, de traction/relaxation à diverses températures (jusqu'à<br />550 °C) sur l'Ag-SnO2 afin d'identifier un modèle de comportement mécanique de ce composite industriel.<br />Nous avons retenu un modèle élastoviscoplastique unifié de Lemaître & Chaboche doté d'une viscosité hyperbolique de Sellars-Teggart. Nous avons aussi réalisé des essais de propagation d'une fissure de fatigue pour identifier un modèle d'endommagement par fissuration de Forman prenant en compte la ténacité du matériau.<br />Nous avons alors proposé une simulation thermomécanique des contacts électriques avec le code de calcul par éléments finis ZeBuLon afin d'accéder à l'état de contrainte dans le matériau au cours de l'impact d'un arc électrique sur sa surface. Une intégration de type "penny-shape", reposant sur une analyse des fonctions d'influence de Bueckner nous a permis d'identifier l'instant le plus endommageant au cours du cycle et d'élaborer un modèle de cumul de dommage et de propagation de fissure de fatigue en accord avec l'expérience.

Le développement dans la dernière décennie des systèmes photovoltaïques concentrés a augmenté le besoin de gérer le budget thermique dans le récepteur pour empêcher sa surchauffe et gérer les pertes de performances liées à la température. Ce projet de maîtrise s'inscrit dans le cadre du développement d’un système solaire fortement concentré en collaboration avec des partenaires industriels. Notre partenaire industriel a mis au point une solution de production d’énergie photovoltaïque de haute concentration à l’échelle commerciale, mais il reste à valider la conception du système adopté. Le projet concerne l'étude du récepteur photovoltaïque qui est composé d’un réseau dense de 800 cellules solaires triple jonctions, montées sur un substrat. Ce dernier est composé d’un empilement de couches et un échangeur de chaleur pour refroidir le récepteur. Puisque notre récepteur absorbera un grand flux de chaleur, il y aura des contraintes dues à la non-concordance des coefficients de dilatation thermique entre ses différentes couches. Ces déformations pourraient provoquer la rupture de contact entre les cellules solaires, et ainsi la défaillance électrique du récepteur. Pour cela, ces travaux de recherche ont porté sur une étude thermomécanique du récepteur. En effet, l’étude de la dilatation de l'assemblage multicouche a permis d’acquérir une connaissance d’analyse thermomécanique de la tenue de la structure multicouche vis-à-vis d’un chargement thermique. Puis, le comportement des époxys, conducteur et isolant électrique utilisés pour fixer les cellules sur le substrat, a été étudié en fonction de plusieurs paramètres géométriques et des propriétés matérielles. La différence des coefficients d’expansion thermiques (CTE) des époxys, était le paramètre clé pour varier les contraintes dans les interconnexions. Conséquemment, on a utilisé deux époxys avec deux CTE proches pour diminuer les contraintes induites dans les deux époxys. De plus, vu que la structure se compose des couches usinées, on a créé des abaques de variation de rigidité effective en fonction des facteurs de formes dimensionnels des couches usinées. Enfin, le travail a permis de mettre en place des essais expérimentaux pour s’assurer du fonctionnement du récepteur à haute température. Par conséquent, on a validé l’utilisation de l’époxy dans la conception adoptée vu que la déformation maximale supportée par ce dernier ([epsilon Minuscule][indice inférieur m ax]=0.167 %) est supérieure à la déformation maximale qu’il peut avoir au cours de l'opération ([epsilon Minuscule][indice inférieur époxy]=0.0048%). Ensuite, les exigences de récepteur en termes de fonctionnement à haute température ont été fixées, comme l’écart maximal que l’époxy peut supporter pour la liaison des cellules entre deux unités du récepteur qui est [delta Majuscule]Gap[indice inférieur limite] [epsilon Minuscule] [[Plus ou moins]46 [mu Minuscule]m, [Plus ou moins]53 [mu Minuscule]m].

Les systèmes de protection thermique ablatifs, couramment utilisés dans l'industrie de l'aérospatiale sont généralement des matériaux composites, dont la dégradation permet d'isoler thermiquement les éléments subissant des flux aérothermiques sévères. On recense dans la littérature de très nombreux systèmes, tant en terme de matrice que de type de renfort. Face à la diversité des matériaux existants et la multiplicité des sollicitations auxquelles ils peuvent être soumis, il est aujourd'hui nécessaire d'acquérir une meilleure connaissance de l'influence de la composition (matrice, renfort et porosité) de ces matériaux sur leur comportement thermique et leur tenue à l'ablation. La démarche scientifique des travaux s'articule autour d'un volet expérimental et du développement d'un modèle numérique. La caractérisation expérimentale a été construite en trois étapes, explorant chacune le comportement des matériaux à une échelle différente : le comportement thermo-chimique a été caractérisé par des essais d'ATG, de TMA et de DSC, le comportement thermique a été évalué grâce à un banc muni d'une torche oxygène acétylène. Enfin, la tenue des matériaux à un jet aérothermique sévère a été testée sur un banc d'essai équipé d'un minipropulseur. Ce dernier banc permet de tester des échantillons de plusieurs dizaines de centimètres de large et d'étudier l'impact couplé de la thermique et de l'aérodynamique. En parallèle, un modèle numérique simple simulant l'ablation a été développé et validé. L'ensemble de ces travaux ont notamment permis de mettre en évidence les liens existants entre les propriétés thermo-physiques et la tenue à l'ablation d'un matériau composite. Appuyée par des observations microscopiques des matériaux dégradés, l'étude combinée des résultats aux différentes échelles a permis de proposer des scénarii de dégradation pour chacun des matériaux. Les principaux paramètres pilotant l'avancée d'un front d'ablation ont été identifiés, l'impact primordial de la porosité a notamment été démontré. / Ablative thermal protection systems, commonly used in space industry, are usually made of composite materials. The degradation of these materials in surface allows to protect essential parts against severe aerothermal fluxes. In the literature, lots of different systems are described they are constituted of different type of matrix and reinforced by several kind of fibers. The diversity of the existing thermal protection systems raises the question of the influence of the composition of the materials on the thermal and ablative performances. The developed scientific approach is based on an experimental procedure coupled with the development of a numerical simulation. The material characterization is based on three experimental steps : the thermo-chemical behavior of the materials is investigated with TGA, TMA and DSC experiments, the thermal behavior under a severe flux is evaluated by an experimental bench equipped with an oxyacetylenic torch ; finally, the ablative behavior is characterized with a small jet-nozzle impacting the sample with a severe aerothermal flux. In parallel to the experimental characterization, a numerical simulation modeling of the ablative and thermal behavior of composite materials is developed. Links existing between the thermal behavior and the ablation resistance have been demonstrated. Degradation scenarios have been proposed thanks to the combined analysis of the experimental results at each stage of the characterization. Parameters controlling the ablation have been identified, the major impact of the porosity has been particularly demonstrated.

Au cours de ce mémoire, nous avons présenté un modèle complet et unifié de comportement des matériaux à mémoire de forme et un critère énergétique applicable au calcul à la fatigue de structures fonctionnant dans le domaine pseudo élastique. Le modèle et le critère sont validés en comparant leurs prédictions à des résultats expérimentaux. Notre modélisation présente les avantages suivants : – elle est complète, c'est-à-dire qu'elle permet de simuler tous les principaux phénomènes caractéristiques du comportement des MMF. La simulation s'appuie sur une même loi de comportement et sur un même ensemble de lois complémentaires, ce qui lui confère un caractère unifié ; – les paramètres sont simples à identifier ; – l'accord des prédictions avec les résultats expérimentaux disponibles est satisfaisant ; – étant donné la prise en compte des chargements non proportionnels, il est possible d'effectuer des calculs de structures en MMF soumises à des chargements complexes ; – les chargements cycliques sont pris en compte. Il est donc possible de déterminer l'état stabilisé d'une structure soumise à des cycles de changement de phase répétés dans le domaine pseudoélastique. En particulier, le modèle permet de calculer l'énergie dissipée par cycle stabilisé en tout point de la structure ; le critère énergétique peut ensuite être utilisé pour estimer sa durée de vie. Notre travail ouvre la voie vers une modélisation plus détaillée du comportement des MMF, permettant la prise en compte de certains effets souvent négligés, comme la formation de la phase R, l'apparition de boucles internes liées à des charges décharges partielles dans le domaine pseudoélastique et la dissymétrie du comportement en traction et en compression. Nous pensons, par ailleurs, qu'il est possible de décrire la dynamique des MMF moyennant une extension du présent modèle. Sur le plan expérimental, il serait intéressant d'appliquer des technologies nouvelles à l'étude des matériaux à mémoire de forme. Dans ce cadre, la thermographie infrarouge nous semble utile pour caractériser la localisation du changement de phase au niveau de certaines structures ; d'autres techniques, comme l'interaction laser matière, promettent une meilleure description de la cinétique de la transformation martensitique. En outre, le problème de la fatigue des MMF devra faire l'objet de recherches plus poussées. Dans l'immédiat, il est nécessaire de tester la validité de notre critère de durée de vie pour différents types de chargement, notamment pour la torsion, afin de vérifier son caractère intrinsèque.

Inscrite dans le cadre du projet européen Coke Oven Operating Limits, cette thèse porte sur la modélisation thermomécanique d'un piédroit de cokerie. Le piédroit est une maçonnerie alvéolaire, chauffée par des gaz à haute température (supérieure à 1200°C). Pendant la cuisson du charbon dans les fours à coke, celui-ci se pyrolyse en coke provoquant une poussée sur les panneresses du piédroit. Ce projet a pour objectif de déterminer la pression maximale supportée par ces structures. Afin de répondre à cette problématique, un nouveau modèle thermomécanique de piédroit a été développé. Ce travail prend en compte à la fois le comportement non-linéaire de la maçonnerie, mais également les interactions avec l'environnement extérieur. La modélisation de la structure maçonnée est basée sur une approche macroscopique où les briques et le mortier sont remplacés par un matériau homogène équivalent, et ce pour différents états de joints. La non-linéarité du comportement est reproduite grâce à un critère d'ouverture qui permet de passer d'un état de joint à un autre. Les propriétés homogénéisées sont identifiées selon une approche énergétique couplée à un algorithme d'identification inverse. Plusieurs simulations numériques d'essais issus de la littérature ont permis de valider cette approche. Les paramètres régissant le comportement mécanique et thermique des matériaux sont déterminés expérimentalement ainsi que la tenue de l'interface brique/mortier. Les conditions aux limites du modèle sont établies à l'aide d'une instrumentation thermomécanique sur site industriel. Les simulations thermomécaniques du piédroit permettent de localiser des phénomènes de dégradation observés dans les faits.

Inscrite dans le cadre du projet européen Coke Oven Operating Limits, cette thèse porte sur la modélisation thermomécanique d'un piédroit de cokerie. Le piédroit est une maçonnerie alvéolaire, chauffée par des gaz à haute température (supérieure à 1200°C). Pendant la cuisson du charbon dans les fours à coke, celui-ci se pyrolyse en coke provoquant une poussée sur les panneresses du piédroit. Ce projet a pour objectif de déterminer la pression maximale supportée par ces structures. Afin de répondre à cette problématique, un nouveau modèle thermomécanique de piédroit a été développé. Ce travail prend en compte à la fois le comportement non-linéaire de la maçonnerie, mais également les interactions avec l'environnement extérieur. La modélisation de la structure maçonnée est basée sur une approche macroscopique où les briques et le mortier sont remplacés par un matériau homogène équivalent, et ce pour différents états de joints. La non-linéarité du comportement est reproduite grâce à un critère d'ouverture qui permet de passer d'un état de joint à un autre. Les propriétés homogénéisées sont identifiées selon une approche énergétique couplée à un algorithme d'identification inverse. Plusieurs simulations numériques d’essais issus de la littérature ont permis de valider cette approche. Les paramètres régissant le comportement mécanique et thermique des matériaux sont déterminés expérimentalement ainsi que la tenue de l'interface brique/mortier. Les conditions aux limites du modèle sont établies à l'aide d'une instrumentation thermomécanique sur site industriel. Les simulations thermomécaniques du piédroit permettent de localiser des phénomènes de dégradation observés dans les faits. / This study lies within the framework of European project called Coke Oven Operating Limits. This thesis deals with the thermomechanical modelling of a coke oven heating wall. The heating wall is an alveolar masonry, heated thanks to gas at high temperature (superior to 1200°C). During coking time in coke ovens, there is a pyrolysis of coal to coke which implies a coke swelling pressure on chamber wall. The aim of this project is to determine the maximal lateral pressure allowed by these structures. In order to answer to this problem, a new thermomechanical model of heating wall was built. This work takes into account both non-linear masonry behaviour and interactions between the heating wall and its components. Structure modelling is based on a macroscopic approach where bricks and joints are replaced by a homogeneous equivalent medium for different joint states. The non-linearity behaviour is then reproduced thanks to a transition criterion which allows to go from one state to another one. Effective properties are determined with an energetic approach and an algorithm of inverse identification. Several numerical simulations were performed and compared with experimental tests extracted from literature to validate this approach. Material thermomechanical properties were identified experimentally, likewise masonry brick/mortar interface behaviour. Boundary conditions and loads were established from thermomechanical instrumentation of an in situ heating wall. Thermomechanical simulations of the heating wall allow to locate damages in good agreement with plants observations.

Le désir de miniaturisation des circuits électroniques a mené l’électronique à développer de nouvelles méthodes d’assemblage. Les progrès réalisés passent par la complexification des fonctions, le développement de nouvelles interconnexions liant le circuit au composant ou par les choix d’architecture, une optimisation du volume. Après avoir repoussé les limites d’optimisation avec les assemblages en trois dimensions, la technologie s’est tournée vers un volume présent dans toutes les cartes électroniques mais qui ne joue aucun rôle actif dans celui-ci : le support des fonctions, le PCB. La solution apportée est l’enfouissement de composant dans ce volume. Les premiers bénéfices de cette solution apparaissent rapidement : gain de volume et protection des composants, c’est pourquoi elle se développe rapidement dans l’industrie.Partant de ce postulat, Valeo souhaite adapter cette technologie pour réduire la taille d’une caméra de recul dédiée à l’automobile. Les exigences du domaine automobile étant plus strictes que dans d’autres industries, l’investigation plus poussée de la technologie d’enfouissement est nécessaire. L’objectif est de valider la fiabilité et la robustesse du circuit selon une méthode de fabrication. Ainsi, l’IMS de Bordeaux intègre le projet EDDEMA pour apporter une expertise, via des simulations thermomécaniques par éléments finis, sur la conception du circuit.Dans le cadre de cette thèse et pour répondre aux attentes du projet, deux axes d’études sont suivis. Une méthodologie généraliste est proposée pour parvenir à définir les interconnexions jugées les plus fragiles dans le cadre de l’emploi de la technologie d’enfouissement et justifier l’utilisation des simulations par éléments finis selon les exigences attendues. L’objectif est de déterminer la durée de vie d’une interconnexion liant le composant au circuit en fonction de sa nature (brasure, via,…) et des caractéristiques du composant et du circuit (dimensions, hauteur,…) et valider les choix technologiques tels que les matériaux ou les techniques faits dès la fabrication. Cette étude s’inscrit dans une recherche locale autour du composant. La seconde étude se recentre sur le circuit développé dans le cadre du projet. Il sera étudié l’impact de la position des composants actifs enfouis dans le PCB sur le circuit (déformation, contraintes) et la représentation des composants passifs dans cette structure pour définir, selon les considérations thermomécaniques, les limites de positionnement dans la conception du circuit. Affiner le modèle passera par des mesures réalisées sur les premiers prototypes pour corroborer les simulations réalisées.Tout ceci mène à déterminer les avantages sur la technologie d’enfouissement et le gain apporté en terme de fiabilité et de robustesse du circuit et des composants et valider son utilisation dans le secteur automobile. / The desire for miniaturization of electronic circuits led the electronics to develop new methods of assembly. Progress is made through the complexification of functions, the development of new interconnections linking the circuit to the component or by the choice of architecture, an optimization of the volume. After pushing the limits of optimization with the three-dimensional assemblies, the technology turned to a volume present in all the electronic cards but which plays no active part in this one: the support of the functions, the PCB. The solution provided is to embed component in this volume. The first benefits of this solution appear quickly: volume gain and protection of components, which is why it is developing rapidly in the industry.Based on this premise, Valeo wants to adapt this technology to reduce the size of a rearview camera dedicated to the automobile. As automotive requirements are stricter than in other industries, further investigation of embedded technology is required. The objective is to validate the reliability and robustness of the circuit according to a manufacturing method. Thus, the IMS Bordeaux integrates the EDDEMA project to provide expertise, via finite element thermomechanical simulations, on the design of the circuit.As part of this thesis and to meet the expectations of the project, two studies are investigated. A general methodology is proposed to define the interconnections considered the most fragile in the context of the use of embedded technology and justify the use of finite element simulations according to the expected requirements. The objective is to determine the lifetime of an interconnection linking the component to the circuit according to its nature (solder, via, ...) and the characteristics of the component and the circuit (dimensions, height, ...) and validate the choices. such as materials or techniques made from the time of manufacture. This study is part of a local search around the component. The second study focuses on the circuit developed in the project. The impact of the position of the active components embedded in the PCB on the circuit (deformation, constraints) and the representation of the passive components in this structure will be studied to define, according to the thermomechanical considerations, the positioning limits in the circuit design. . To refine the model will pass by measurements realized on the first prototypes to corroborate the realized simulations.All this leads to determining the advantages on the embedded technology and the gain in terms of reliability and robustness of the circuit and components and validating its use in the automotive sector.

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Plusieurs modèles mathématiques ont étés développés au fil des ans pour prédire le comportement du panneau de fibres de bois MDF ¨medium density fiberboard¨ lors du pressage à chaud. Malgré les efforts déployés, bon nombre d’éléments spécifiques restent à préciser pour bien décrire l’ensemble des phénomènes physiques impliqués lors du pressage. Ce projet portait sur la détermination expérimentale de paramètres requis dans un modèle par éléments finis du pressage à chaud des panneaux de fibres de bois. Plus spécifiquement, le projet a porté sur la détermination et l’analyse de la conductivité thermique, de la perméabilité au gaz et de la porosité en fonction de la granulométrie, de la teneur en humidité, de la masse volumique et de la température du panneau MDF. Les panneaux utilisés dans le cadre du projet ont été fabriqués à partir de fibres d’épinette noire (Picea mariana), selon trois granulométries et cinq masses volumiques. Cette essence a été choisie car sa fibre constitue la majeure partie des panneaux MDF fabriqués dans l’Est du Canada. Les méthodes qui ont servi à l’évaluation de la perméabilité au gaz et de la conductivité thermique ont été éprouvées auparavant par d’autres chercheurs. Les résultats de perméabilité intrinsèque au gaz variaient de 1,0 x 10-11 m3air m-1panneau pour les panneaux d’environ 200 kg/m3 à 8,3 x 10-14 m3air m-1panneau pour des panneaux d’environ 800 kg/m3. Ces résultats ont permis de conclure que la taille des fibres n’a pas d’impact significatif sur la perméabilité au gaz. Par contre, la masse volumique s’est avérée significative lorsque mise en relation avec la perméabilité au gaz. En effet, plus la masse volumique augmente plus la perméabilité au gaz diminue, ce qui correspond à la littérature sur le sujet. Les résultats de conductivité thermique variaient entre 0,06 et 0,25 W/mºC selon la masse volumique, la taille des fibres et la teneur en humidité. Plus précisément, les travaux ont démontré que la conductivité thermique des panneaux de fibres MDF augmente avec la masse volumique, la teneur en humidité et la température jusqu’à un certain point comme le mentionne la théorie sur le sujet. On a relevé une différence significative de conductivité thermique entre la classe des grosses fibres par rapport celle des fines et moyennes. / Numerous mathematical models have been developed to predict the behaviour of medium density fiberboard panels (MDF) during the hot pressing process. However, despite these efforts, it still remains many parameters to define precisely in order to describe correctly the physical phenomena occurring during the hot pressing process. This project was focused on the determination of the parameters required for a finite element model of the MDF panels hot pressing process. More specifically, the project objectives were the determination and analysis of thermal conductivity and permeability in relation with different factors such as particle size, moisture content, density and temperature of the MDF panel. The MDF panels used for the project were made of black spruce fibers (Picea mariana) of three fiber sizes and five different densities. Black spruce (Picea mariana) fibers were chosen because they are used for the manufacture of most of the MDF panels produced in Eastern Canada. The methods chosen to determine gas permeability and thermal conductivity have been used by many other researchers. The results obtained show that fiber size has no significant impact on the gas permeability of MDF panels. However, density had a significant effect on gas permeability. Indeed, the higher the density, the lower the gas permeability which is in agreement with the literature on the subject. The results of thermal conductivity were between 0,06 and 0,25 W/mºC according to density, fibre size and moisture content. Precisely, the results have shown that the thermal conductivity of MDF panels increases with density, moisture content and temperature up to a certain point as the theory mentions. However, for thermal conductivity, a significant difference was noticed between the large fiber size class panels and the average and small fiber size class panels. The last two classes had a similar behaviour all along the test while the large fiber size panels behaviour was different for the variables studied.