Le développement de céramiques légères à hautes performances mécaniques et à bas coût à base de silico-alumineux, suscite un intérêt grandissant dans divers domaines d’application tels que la protection balistique. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail a été de développer un matériau innovant susceptible de rivaliser avec les protections balistiques en alumine ou en carbure. Plusieurs voies ont été explorées. Une étude approfondie des compositions de silico-alumineux a permis d’obtenir des matériaux présentant un meilleur compromis masse volumique / module d’Young, et dont le principal avantage est d’utiliser des procédés d’élaboration conventionnels (pressage, coulage sous pression) ainsi que les fours dédiés à la cuisson de la porcelaine par frittage naturel. Afin de renforcer la dureté de surface, des dépôts de carbures ont été réalisés à l’aide d’un protocole qui a permis une bonne accroche du carbure sur le substrat tout en conservant un traitement thermique conventionnel de consolidation. Enfin, des architectures lamellaires ont également été élaborées afin de maximiser les phénomènes de dissipation d’énergie. En bénéficiant d’un différentiel d’expansion thermique entre deux compositions de silico-alumineux, l’apparition de contraintes thermiques résiduelles au refroidissement de l’étape de frittage a permis d’augmenter la valeur de contrainte à la rupture des matériaux à architectures lamellaires de plus de 60%. / The development of lightweight alumino-silicate based ceramics exhibiting high mechanical performances and low cost, shows a growing interest in various application areas such as ballistic protection. In this context, the aims of this study is the development of innovative materials corresponding to competitive ballistic protection comparing to carbide or alumina materials. Several ways were explored. A thorough study of alumino-silicate compositions has allowed to obtain materials with a best compromise density / Young's modulus, the main advantage is the ability to use conventional methods of preparation (pressing, die-casting) and conventional kilns used for the firing of porcelain. To improve the surface hardness, carbide coatings were performed. The original protocol developed leads to carbide coating with good adhesion on the substrate using a traditional thermal treatment method. Finally, lamellar architectures of materials were developed to increase the energy dissipation of failure. Thanks to a differential thermal expansion between the two compositions of alumino-silicates, the occurrence of residual thermal stresses in lamellar materials has increased the average stress of failure values of more than 60%.

Ce document présente une synthèse partielle de mes activités de recherches. J'ai eu la chance de pouvoir travailler sur un même thème depuis le début de ma thèse : les céramiques biomédicales. Il m'a semblé intéressant non seulement de faire le point sur mes recherches, mais également de les replacer dans le contexte plus vaste qu'est l'évolution des biocéramiques depuis dix ans, et leur évolution à venir. Ce document est donc conçu comme un état de l'art sur les céramiques à vocation biomédicales. Il se divise en deux grandes parties, indépendantes l'une de l'autre, pourquoi pas destinées à terme à être enrichies et éditées séparément. La partie A s'intéresse aux céramiques bioinertes utilisée en orthopédie en particulier pour les applications prothétiques (prothèses de hanche, de genou...). Le chapitre A1 en particulier résume la partie la plus aboutie de mes recherches : il se veut aussi exhaustif que possible sur la zircone biomédicale, allant des aspects purement matériaux (transformation de phase, renforcement...) aux propriétés d'usage, en insistant sur les mécanismes de dégradation. Le chapitre A2 tente de discerner les matériaux céramiques et composites du futur en orthopédie : zircones cériées ou stabilisées au magnésium, matériaux non oxydes... La partie B s'intéresse aux céramiques bioactives, plutôt utilisées pour les applications de substitution osseuse. Ces céramiques étant trop fragiles, cette partie propose plusieurs pistes pour améliorer leurs propriétés mécaniques. Ce sont soit des matériaux ou composites purement céramiques (bioverres et matériaux poreux à gradient de fonctions dans la partie B1), soit des composites céramique – polymère (partie B2). Il est difficile de parler de biocéramiques sans parler de leurs propriétés biologiques. C'est par choix qu'elles ont été écartées de ce mémoire. En effet, les différents matériaux que le lecteur verra défiler sous ses yeux ont la plupart du temps servi de support à des cultures cellulaires, afin de vérifier leur biocompatibilité. Mais d'une part je ne considère par avoir pris une part significative à cette caractérisation biologique, d'autre part la détailler ici aurait encore allongé un manuscrit déjà conséquent.

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

Ce travail concerne l'étude du phénomène de décharges partielles dans les matériaux isolants utilisés en électronique de puissance. En utilisant des méthodes de détection électrique et optique, le mécanisme de décharge partielle sur des substrats d'AlN dans l'huile silicone a été étudié sur un grand nombre d'échantillons. La variation de la nature du substrat (AlN, Al2O3 et composite verre/époxy) et du matériau d'encapsulation (huile silicone, huile de colza, huile minérale de transformateur, liquide d'imprégnant du condensateur Jarylec et Ugilec) met en évidence l'origine des décharges partielles de l'ensemble substrat - encapsulant. Les décharges partielles sur les substrats céramiques frittés ne dépendent pas du passivant, et se produisent dans le volume du substrat. L'évolution temporelle de la lumière émise dans les liquides en configuration pointe - plan et sur le substrat dans différents liquides montre que l'émission de lumière est un phénomène très complexe influencé par de nombreux paramètres : électroluminescence du solide, de l'encapsulant, décharges partielles, absorption des matériaux. Le phénomène d'électroluminescence du liquide est activé par une illumination extérieure. Les mesures de spectroscopie diélectrique haute tension n'apportent pas d'information supplémentaire sur le phénomène de décharges partielles, car les pertes correspondantes sont très faibles.

Ce travail a pour objectif la détermination des propriétés fonctionnelles des matériaux piézoélectriques : les coefficients de couplage, les constantes élastiques, piézoélectriques et diélectriques, de même que les pertes électriques et mécaniques. De nos jours, les techniques conventionnelles d’identification de ces paramètres utilisent plusieurs échantillons. Dernièrement le laboratoire a développé (Delaunay et al.) une méthode ultrasonore de caractérisation de matériaux piézoélectriques permettant de déterminer ces propriétés à partir d’un seul échantillon. Cette méthode, basée sur la spectroscopie de résonance ultrasonore, examine les modes de vibrations d’un cube piézoélectrique et extrait des résonances mécaniques mesurées par interférométrie Laser les propriétés électromécaniques de l’échantillon. Dans ce travail, cette méthode a été modifiée afin d’obtenir les propriétés électromécaniques des matériaux à partir d’une seule mesure d’impédance électrique. Dans un premier temps, le problème direct est résolu ; les fréquences propres et les modes propres d’un cube sont modélisés par une méthode variationnelle ; les champs de déplacement et l’admittance électrique sont calculés en fonction de la fréquence. La géométrie étant fixée, forme cubique, l’admittance dépend seulement des propriétés du matériau et des conditions de métallisation de l’échantillon. La méthode est validée à travers la caractérisation d’un cube de PMN-34,5PT dont les propriétés sont connues. Les mesures électriques de l’impédance de l’élément sont comparées au spectre d’admittance prédit par la théorie. Les vitesses de vibration du matériau sont également mesurées et comparées aux résultats donnés par les modèles existants. La résolution du problème inverse, permet de déterminer les propriétés d’un matériau inconnu, à travers la convergence de courbe d’admittance théorique vers celle expérimentale. Les propriétés du PZ-21 sont extraites grâce à cette procédure. Une discussion sur ces valeurs et une comparaison avec celles de la littérature permet de valider les résultats obtenus. / This work deals with the determination of electromechanical properties of piezoelectric materials: coupling coefficients, elastic, dielectric and piezoelectric constants, electrical and mechanical losses. Until now, several samples are needed in conventional techniques to perform the complete identification of the material properties. Recently, Delaunay et al. proposed an ultrasonic protocol allowing the determination of these characteristics from only one sample. This method, referred to as Resonant Ultrasound Spectroscopy, is based on the comparison of the mode shapes and frequencies of modeled vibration modes of piezoelectric parallelepipeds with experimental data measured by Laser interferometry. It is here modified to obtain the electromechanical properties from electrical impedance measurements only. The direct problem is first solved: the resonance modes of a two face metalized piezoelectric cube are modeled and both mechanical displacements and electrical impedance are calculated as functions of the frequency. The method is first applied for validation on a PMN-34.5PT material with known properties. Electrical impedance and mechanical velocity measurements are performed and their agreement to the theoretical predictions is discussed. In order to determine the properties of unknown materials, the inverse problem is solved by fitting the theoretical impedance curves to experimental ones. This procedure is then applied to the identification of the properties of PZ-21. The results are discussed and compared to data from the literature.

Les matériaux piézoélectriques ont été étudiés en détails du fait de la versatilité des applications industrielles possibles (accéléromètres, gyroscopes ou transducteurs). Les bonnes propriétés piézoélectriques (d33=510pC/N) de Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ (PYN-PT) et sa haute température de Curie (~370°C à la MPB). Cette solution solide entre une double pérovskite (ordonné sur le site B) et le titanate de plomb est remarquable, du fait qu'elle présente tous les ordres polaires à température ambiante: antiferroélectricité, ferroélectricité et des propriétés relaxeurs.Dans le cadre de ce travail de thèse, je présente les résultats obtenus sur des céramiques de PYN-PT de diverses compositions à travers le diagramme de phase. A partir des mesures de diffractions de rayons X et de diffusion neutronique, de spectroscopie diélectrique ainsi que des mesures piézoélectriques et ferroélectriques, un nouveau diagramme de phase sera proposé.Cette étude minutieuse du diagramme de phase a montré que celui-ci est plus compliqué que ce que laissait apparaître la littérature. En particulier, la structure de l'antiferroélectrique PYN est particulière en comparaison des autres pérovskites antiferroélectriques au plomb. En effet, dans PYN, les atomes de plomb sont déplacé suivant la direction du vecteur de modulation et les cations B sont en dehors de leurs positions prototypiques et participe à l'ordre antipolaire observé.De plus, la zone morphotropique (x _0.50) s'étale sur une zone en compositions beaucoup plus grande que ce qui a été observé dans d'autres solutions solides à base de plomb. Dans la zone pauvre en PT de la zone morphtropique, l'absence de phase rhomboédrique (attendue par analogie avec les autres systèmes au plomb) a été démontré.D'autre part, parmi les compositions présentant des propriétés relaxeurs, des différences sont apparues et il est proposé que, dans la solution solide PYN-PT, plusieurs types de relaxeurs existent.Finalement, je propose un modèle expliquant continument le changement d'ordre polaire dans le diagramme de phase. Ce modèle est basée sur la corrélation des déplacements de plomb induite par la nature chimique et l'arrangement cationique du site B. / Piezoelectricity has attracted a considerable amount of work due to the variety of possible applications such as accelerometers, gyroscopes or transducers. Pb(Yb½Nb½)O₃-PbTiO₃ is long known to have large piezoelectric properties (d33=510pC/N) and a relatively high Curie temperature (_370°C at the MPB).This solid solution between a double (B-site ordered) perovskite (Pb2YbNbO6) and lead titanate is remarkable, in the sense that it presents all polar orders. Indeed, depending on the composition, the solid solution can exhibit at room temperature: antiferroelectric, classical ferroelectric or relaxor properties. In this work, I will present results obtained on PYN-PT ceramics of various compositions spanning the phase diagram. From experiments using X-ray diffraction and neutron scattering, dielectric spectroscopy, as well as piezoelectric and ferroelectric measurements as a function of temperature, a new phase diagram is proposed. This thorough study of the phase diagram of PYN-PT has revealed a more complex phase diagram than what was reported in the literature. In particular, the structure of the antiferroelectric PYN is peculiar compared to the other Pb-based antiferroelectric. Indeed, in PYN, the Pb atoms are displaced along the direction of the modulation vector and that the B cations are not in their prototypic positions and take part in the antipolar order observed.Moreover, the morphtropic phase boundary (x _0.50) extends over a larger compositional range than what was observed in other Pb-based solid solution. In the PT-poor side of the morphtropic phase boundary, the absence of the expected rhombohedral phase (by analogy with the other Pb-based solid solutions) was demonstrated. Furthermore, among the compositions presenting relaxor properties, differences have arisen and I suggest that several types of relaxors exist, in the PYN-PT solid solution. Finally, I will propose a model explaining continuously the change of polar order through out the phase diagram. This model is based on the correlation of Pb displacements induced by the chemical nature and the cationic arrangement on the B site.

Cette recherche propose de dresser le portrait de la production et de la diffusion des céramiques de style à bandes (waveline) produites en Égée du Nord aux périodes archaïque et classique par le biais de l'étude de matériel inédit recueilli sur sept sites de colonies grecques établies entre le Strymon et le golfe de Maronée et six sites de l'arrière-pays thrace. Elle vise à rassembler, au moyen de données archéologiques et archéornétriques, des informations sur les milieux de production, les réseaux d'échanges et les habitudes de consommation de la clientèle à l'égard de ces céramiques. Le volet archéologique vise d'abord à définir le répertoire des formes, des décors et des pâtes, puis à déterminer l'étendue et le cadre chronologique de la production. Le volet archéométrique porte sur des analyses physico-chimiques en laboratoire (spectrométrie de fluorescence par rayons X) visant à caractériser et à déterminer l'origine de 200 des 540 céramiques recensées. Le corpus est constitué d'échantillons mis au jour sur les sites d’Argilos, de Thasos, de Bergè et de Phagrès, quatre sites de Macédoine orientale. L'inédit de la recherche réside dans l'opportunité qu'elle offre aux archéologues de dater et d'identifier l'origine des céramiques à bandes nord-égéennes, entraînant du coup des répercussions directes sur les discussions portant sur les milieux de production, les réseaux de circulation et les relations interrégionales entre les différents sites étudiés. Considérée dans une perspective de circulation et d'échanges, l'étude des céramiques à bandes contribue à faire progresser l'état des connaissances sur l'histoire économique, culturelle et artisanale du nord de l'Égée entre les VIIe et IVe siècles av. J. -C. / This research aims to shed light on the production and diffusion of the Waveline style pottery made in the Northern Aegean during the Archaic and Classical periods based on the study of unpublished material recovered from seven Greek colonies established between the Strymon River and Maronea, and six sites of the Thracian hinterland. More specifically it seeks to gather information regarding workshops, trading networks, and consumption habits through typo-stylistical, distribution, and archaeometric analyses. The primary goal of this study is the detailed analysis of the finds according to their stratigraphic context in order to define the range of shapes, stylistic patterns, and clay fabrics of the ceramic series, and to establish diffusion patterns and chronology. A second objective, based on laboratory analysis. is to characterize the geochemical composition of 200 of the 540 identified vessels in order to determine their provenance (using X-ray fluorescence spectrometry). The corpus contains samples from Argilos, Thasos, Berge, and Phagres, four of the main site covered by this study. The novelty of this research lies in the opportunity it provides for archaeologists to date and identify more precisely the origin of the North-Aegean waveline pottery, leading to direct impact on discussions related to workshops, trading networks, and inter-relationships between the studied sites. Considered from the perspective of circulation and ex change, the study of the waveline pottery contributes to advancing knowledge on the economic, cultural, and social history of the Northern Aegean between the 7th and 4th centuries B.C.

L’étude des céramiques culinaires conduit à une analyse fonctionnelle de ces objets. S’ils se rattachent tous au domaine de la cuisine, certains peuvent servir à stocker, d’autres à préparer ou mélanger et d’autres enfin à cuire les aliments. Le travail présenté ici s’intéresse à ce type de mobilier dans le Languedoc depuis la création de la province romaine de Gaule Transalpine jusqu’à la fin du IIe s. ap. J.-C. La technique utilisée pour fabriquer ces poteries renseigne déjà sur leur fonction. Le choix de l’argile, la façon de la préparer, de la cuire, donne soit des vases solides soit des récipients résistants au feu. L’identification des formes par la constitution d’une typologie sur trois nivaux (classe, forme, type) permet d’analyser la composition de la batterie de cuisine. À partir des textes antiques on retrouve l’utilisation de ces récipients et on peut reconstituer les pratiques culinaires. L’étude se double d’une analyse culturelle à une époque où sont en contact les cultures romaine et gauloise. Si, sur les plans technique et typologique, le Languedoc occidental, en particulier le Narbonnais, présente des caractéristiques très italiques, le Languedoc oriental reste plus traditionnel. Néanmoins, du point de vue fonctionnel, la répartition des formes indique des pratiques culinaires similaires qui se confondent avec la culture romaine comme le montrent certains exemples pris en Italie (Pompéi, Ostie). / Cooking ware study leads to analyse the functions of the ceramics objects. Even if all those objects are linked to the field of cookery, some of them may be used specifically to stock, to prepare or mix ingredients, or to cook. This PhD Thesis focuses on this type of ceramics material in Languedoc since the creation of the Transalpin Gaul Province by the Romans. The choice of ceramic technique tells us a lot about the function of ware. The selection of clay, the way it is prepared and fired cause either hard-wearing ware or fireproof container. Typing shapes according to their group / shape / type, allows to analyse composition of set of pots and pans. Thanks to antic texts we may find how the containers were used and we can piece together what were culinary practices. Furthermore, this study is also a cultural analysis of roman acculturation in south of Gaul. Typology and technique studies enlighten two specific cases: on the one hand, in Western Languedoc – mostly the Narbonne area -, wares have Italic characteristics, and on the other hand, in Eastern Languedoc, wares have traditional characteristics. Nevertheless, from a functional point of view, distribution of shapes points to similar culinary practices, closed to roman practices (examples of Pompéi and Ostie).

Dans les arts plastiques, le concept de la beauté doit être associé aux techniques sous-jacentes. L'artiste doit choisir et maîtriser ces techniques afin de les appliquer à l'art en vue d'atteindre les résultats esthétiques visés. Une approche scientifique de ces techniques a un rôle important dans l'amélioration de leur application dans les arts plastiques. Les céramiques et poteries sont un domaine complexe où les réactions chimiques et les propriétés physiques des argiles et des glaçures doivent être prises en compte. Dans ce domaine l'histoire de la science était un guide utile dans une telle recherche. Pour les céramiques, les réactions chimiques se produisant à la phase haute température du processus de cuisson déterminent essentiellement l'aspect final de la surface du produit. En conséquence, changer les conditions de ces réactions (profils de température, la nature de l'atmosphère du four) était une bonne méthode pour obtenir de nouveaux aspects de surface. L'atmosphère du four pendant et après la cuisson permettait de contrôler, dans une large mesure, l'aspect final des produits céramiques, et cela dépend à la fois de la conception et de la mise en place du four. L'étude de l'histoire des techniques céramiques, dans différentes civilisations, a conduis à un aperçu des techniques de cuisson. La compréhension scientifique de ces techniques a mené à des stratégies en vue de modifier la conception du four et la pratique de la cuisson. / In Plastic arts; with the concept of beauty there are also techniques, artists choose between these techniques for apply art works matching with aesthetic viewpoint. As well as science have important role in improved applied arts and fine arts techniques. In ceramics and pottery we are confronted with the chemicals reactions and physical properties of clay and glaze which have deep roots in human history, so history techniques will guide us in this research. In ceramic, chemical reactions need high temperature as condition to exist (Firingprocess), and that have main role in determined final appearance of surface treatments for ceramics forms. When the chemical reactions and physical properties which happen in firing process are responsible of final appearance and aesthetics treatments of ceramics forms, the changing of reactions conditions was used for achieving new treatments for ceramic surface beauty. The atmosphere of kiln during and after firing process whom decide the final appearance for ceramics forms, presented as technique for modifying kiln structure as afactor of enriching aesthetics treatments for ceramic surface. The history and science of ceramics techniques in some civilizations was studied to understand some firing techniques and its roles in ceramic surface esthetics. These provided evidence with experimental study to design a new kiln which can be used as a tool to enrich ceramics forms aesthetically

Cette recherche propose de dresser le portrait de la production et de la diffusion des céramiques de style à bandes (waveline) produites en Égée du Nord aux périodes archaïque et classique par le biais de l'étude de matériel inédit recueilli sur sept sites de colonies grecques établies entre le Strymon et le golfe de Maronée et six sites de l'arrière-pays thrace. Elle vise à rassembler, au moyen de données archéologiques et archéornétriques, des informations sur les milieux de production, les réseaux d'échanges et les habitudes de consommation de la clientèle à l'égard de ces céramiques. Le volet archéologique vise d'abord à définir le répertoire des formes, des décors et des pâtes, puis à déterminer l'étendue et le cadre chronologique de la production. Le volet archéométrique porte sur des analyses physico-chimiques en laboratoire (spectrométrie de fluorescence par rayons X) visant à caractériser et à déterminer l'origine de 200 des 540 céramiques recensées. Le corpus est constitué d'échantillons mis au jour sur les sites d'Argilos, de Thasos, de Bergè et de Phagrès, quatre sites de Macédoine orientale. L'inédit de la recherche réside dans l'opportunité qu'elle offre aux archéologues de dater et d'identifier l'origine des céramiques à bandes nord-égéennes, entraînant du coup des répercussions directes sur les discussions portant sur les milieux de production, les réseaux de circulation et les relations interrégionales entre les différents sites étudiés. Considérée dans une perspective de circulation et d'échanges, l'étude des céramiques à bandes contribue à faire progresser l'état des connaissances sur l'histoire économique, culturelle et artisanale du nord de l'Égée entre les VIIe et IVe siècles av. J. -C.