Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse est une contribution à l'étude et la modélisation thermique et électromagnétique des systèmes de réfrigération magnétique. Il montre déjà clairement que la conception et l'optimisation de ces systèmes doivent faire appel à des outils de simulation numérique spécifiques, car les difficultés liées au comportement thermique, au comportement magnétique, aux contraintes mécaniques et surtout aux besoins de l'utilisateur sont souvent nombreuses. Les modélisations thermique et électromagnétique ont été menées dans ce travail de manière indépendante. Nous espérons avoir posé, par ce travail, les jalons des systèmes de réfrigération magnétique qui permettront à des recherches ultérieures d'approfondir un ou plusieurs des systèmes proposés ou même de s'en inspirer pour faire la conception de nouveaux systèmes et les réaliser.

Ces travaux de thèse ont pour objectif d'étudier les mécanismes d'usure d'outils de coupe en WC-6%Co dans le cas de l'usinage en tournage. Les mécanismes qui gouvernent les principaux modes d'endommagement de ces outils sont complexes, combinant abrasion, adhésion et diffusion. Il faut par ailleurs noter que ces mécanismes dépendent fortement de la température aux interfaces de frottement outil/matière. Ainsi, l'étude a été réalisée par des approches complémentaires d'usinage et de tribologie avec mesures de température. Ces approches ont été menées à la fois au plan expérimental et au plan de la modélisation et de la simulation numérique. L'ensemble des résultats obtenus a permis d'améliorer la compréhension du comportement en frottement entre le WC-6%Co et l'acier C45. La nature et le séquencement des principaux mécanismes d'usure du WC-6%Co ont ainsi pu être identifiés. Ils consistent en : - une désorganisation de la structure du WC-6%Co sous des chargements mécaniques sévères et des températures qui peuvent atteindre 1200°C, - une mobilité des grains de WC qui est rendue possible par le comportement viscoplastique du liant cobalt, une conséquence de cette mobilité est la microfissuration intergranulaire et la décohésion des fragments de WC, - une déformation des grains de WC et une microfissuration intragranulaire qui peut aller jusqu'à la fragmentation de ces grains, causée par les chargements excessifs et le blocage des grains de WC mobiles, - une abrasion induite par les fragments de WC arrachés et également par des inclusions dures de l'acier usiné, - une adhésion, particulièrement importante dans la zone de séparation outil/copeau.

Au cours des dernières années, l'essor spectaculaire des microsystèmes (ou MEMS), qui touche tous les domaines industriels, est à l'origine de nombreux et nouveaux progrès technologiques. Néanmoins, dans ce contexte prometteur de large envergure, la fiabilité des MEMS s'avère être la problématique à améliorer pour franchir la phase d'industrialisation à grande échelle. C'est dans le cadre de cette thématique de fiabilité des microsystèmes, que s'inscrit ce travail.La température étant un paramètre majeur entrant dans de nombreux mécanismes d'endommagement des MEMS, notre étude présente la conception et la réalisation d'un banc de thermographie infrarouge de haute résolution (2 µm), associé à la mise en œuvre d'une méthodologie d'analyse et de traitement des mesures infrarouges.Ce dispositif innovant permet un diagnostic in-situ, sans contact et rapide des défaillances des MEMS par mesures locales et quantitatives des pertes thermiques associées. Cet outil constitue une avancée importante pour détecter, mesurer et comprendre les mécanismes d'endommagement des MEMS. Il nous permet de reconstituer des images thermiques de tout type de microsystème en cours de fonctionnement ou soumis à des tests de vieillissement accéléré, et ceci afin de réaliser une analyse fine et rapide de leur fiabilité.Ce travail apporte de nouveaux résultats en ce qui concerne la détection des mécanismes de défaillance de différents types de MEMS-RF et tout particulièrement des MEMS-RF avec contact électrique.

Les garnitures d'étanchéité sont utilisées pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants lorsque les conditions de vitesse, de pression et de température ne permettent pas l'utilisation de joints classiques en élastomère. Pour un fonctionnement optimal, les deux bagues constituant une garniture doivent être séparées par un film fluide très mince afin d'éviter l'usure des faces du joint tout en limitant la fuite à une valeur acceptable. L'élévation de température due au frottement visqueux modifie considérablement les conditions de lubrification de l'interface du joint. Les phénomènes thermiques jouent donc un rôle essentiel dans les joints d'étanchéité à faces radiales et constituent le sujet de recherche de cette thèse de doctorat. Une analyse bibliographique approfondie a permis de définir les hypothèses nécessaires à une modélisation théorique du comportement thermoélastohydrodynamique des garnitures d'étanchéité. Les équations de conservation dans le film fluide ont été établies puis discrétisées par la méthode des éléments finis dans l'hypothèse d'un fonctionnement stationnaire. La résolution de l'équation de l'énergie a nécessité l'utilisation d'un schéma numérique adapté aux problèmes de convection. Les échanges de chaleur avec les anneaux du joint et les déformations thermoélastiques sont pris en compte par la méthode des coefficients d'influence. Un algorithme itératif permet la détermination des champs tridimensionnels de pression, de vitesse et de température au sein du film fluide dans le cas d'écoulement laminaire et turbulent. L'étude paramétrique réalisée avec le modèle numérique contribue à une meilleure connaissance de l'influence des conditions de fonctionnement, des paramètres de conception et des défauts géométriques sur les performances d'une garniture d'étanchéité. En outre, des relevés de température effectués par thermographie infrarouge sur un joint expérimental développé à cet effet, ont permis de valider le modèle numérique.

Ce travail de recherche se situe dans le cadre du développement de la méthode des éléments de frontière (BEM) pour les milieux poreux multiphasiques. À l'heure actuelle, l'application de la BEM aux pr oblèmes des milieux poreux non-saturés est encore limitée, car l'expression analytique exacte de la solution fondamentale n'a pas été obtenue, ni dans le domaine transformé ni dans le domaine réel. Ceci provient de la complexité du système d'équations régissant le comportement des milieux poreux non-saturés. Les développements de la BEM pour les sols non-saturés effectués au cours de cette thèse sont basés sur les modèles thermo-hydro-mécanique (THHM) et hydro-mécanique (HHM) présentés dans la première partie de ce mémoire. Ces modèles phénoménologiques basés sur la théorie de la poromécanique et les acquis expérimentaux sont obtenus dans le cadre du modèle mathématique présenté par Gatmiri (1997) et Gatmiri et al. (1998). Après avoir présenté les modèles THHM et HHM, on établit pour la première fois les équations intégrales de frontière et les solutions fondamentales associées pour un milieu poreux non-saturé sous chargement quasi-statique pour les deux cas isotherme (2D dans le domaine de Laplace) et non-isotherme (2D et 3D dans les domaines de Laplace et temporel). Aussi, les équations intégrales de frontière ainsi que les solutions fondamentales 2D et 3D (dans le domaine de Laplace) pour le modèle dynamique couplé des sols non-saturés sont obtenues. Ensuite, les formulations d'éléments de frontière (BEM) basées sur la méthode quadrature de convolution (MQC) concernant les milieux poreux saturé et non-saturé sous chargement quasi-statique isotherme et dynamique sont implémentées dans le code de calcul " HYBRID ". Ayant intégrées les formulations de BEM pour les problèmes de propagation d'ondes ainsi que pour les problèmes de consolidation dans les milieux poreux saturés et non-saturés, il semble que nous ayons fourni à l'heure actuelle le premier code de calcul aux éléments de frontière (BEM) qui modélise les différents problèmes dans les sols secs, saturés et non-saturés. Une fois le code vérifié et validé, des études paramétriques portant sur des effets de site sismiques sont effectuées. Le but recherché est d'aboutir à un critère simple, directement exploitable par les ingénieurs, combinant les caractéristiques géométriques et les caractéristiques du sol, permettant de prédire l'amplification du spectre de réponse en accélération dans des vallées sédimentaires aussi bien que vides

En raison de leur faible conductivité thermique et de leur rigidité spécifique élevée, les matériaux composites verre-E/époxyde à renfort textile sont utilisés pour la fabrication des supports de cryodipôles de l'accélérateur de particules LHC. Ces supports sont soumis à des chargements thermique et mécanique complexes nécessitant une étude approfondie de leur réponse. La méthode d'étude proposée ici est de type multi-échelle. Elle est basée sur deux homogénéisations successives, de manière à prendre en compte la forte thermodépendance du module d'élasticité et de la déformation thermique de la résine d'une part et le mécanisme des phonons qui modifie le transfert thermique aux interfaces fibres/matrice pour les températures inférieures à 10 K d'autre part. <br />A chaque étape de cette étude, les résultats des modèles sont validés par des résultats de mesures de conductivité thermique et de modules d'élasticité pour des températures comprises entre 4,2 K et 293 K.

Les rendements de conversion des cellules solaires atteignent en moyenne aujourd’hui 15%. Malgré ces rendements acceptables, il reste un verrou technologique important à lever : l’amélioration de la durée de vie des modules photovoltaïques. On observe en effet au cours de l’utilisation de ces composants dans des conditions climatiques intermittentes : pluie, neige, moisissures, poussières rayons UV, chocs, corrosion etc.... une perte rapide des propriétés optoélectroniques en fonction des conditions d’utilisation. L’objectif de cette thèse est d’essayer d’améliorer la durée de vie des panneaux solaires et d’améliorer la fiabilité des modules en diminuant le taux de dégradation.Notre approche commence par prendre en compte les effets de vieillissement et des défauts des modules photovoltaïques dont la dégradation est liée à la température, humidité, à la lumière Ultra violette, les fissures etc…. Les défauts de fonctionnement sont analysés et étudiés pour comprendre l’effet et l’importance de chaque paramètre dans les différents modes de dégradation afin de développer des modèles de simulation qui tiennent compte des conditions environnementales.Des algorithmes de commande ont été développés pour une utilisation qui évite au mieux les défauts et permet aux modules photovoltaïques de fonctionner dans des conditions optimales pour l’atténuation des dégradations. / Conversion efficiency of solar cells is now on average reaching 15%. Despite these acceptable yields, it remains important to raise a technological limitation: the improvement of the life span of photovoltaic modules. Effects are observed during the use of these components in intermittent weather: rain, snow, molds, dust UV rays, shock, corrosion etc... rapid losses of optoelectronic properties depending on the usage conditions. The objective of this thesis is in twofold: -to try to improve the lifespan of solar panels, and -to improve the reliability of the photovoltaic modules by decreasing their degradation rate. Our approach begins by taking into account the effects of aging of photovoltaic modules whose degradation is related to temperature, moisture, Ultra violet light, cracks etc... Faults are analyzed and studied to understand the impact and the importance of each parameter in the different modes of degradation to develop simulation models that take into account external environmental conditions. Control algorithms have been developed for a best utilization avoiding defects and allowing photovoltaic modules to operate in optimal conditions for mitigation of degradation processes.

L’agro-composite de chanvre/amidon est un nouveau matériau 100% végétal constitué d'amidon et de chènevotte. C’est un matériau durable pour la construction et le bâtiment. L'objectif principal de cette thèse est d’innover, développer et optimiser cet agro-composite ainsi que ses propriétés mécaniques, acoustiques et thermiques. Dans ce travail, des essais expérimentaux sur le comportement mécanique, acoustique et thermique sont réalisées. Un liant particulier et innovant a été préliminairement testé et analysé afin de déterminer une composition optimale. Deux paramètres prépondérants de cette étude sont : le rapport chanvre/amidon (C/A) et la taille des particules de chènevotte. Différents mélanges de particules de chènevotte 0-20 mm, 0-15 mm et 0-5 mm sont donc étudiés en faisant varier le rapport de chènevotte/amidon (C/A) de 6, 8, 10, 12 à 14. La comparaison et l’analyse des résultats permet de mettre en lumière l’influence de chacun des paramètres sur les caractéristiques de notre agro-composite chanvre/amidon. Les agro-composites chanvre/amidon avec des mélanges de particules de chènevotte 0-5/0-15 mm et 0-5/0-20 mm, montrent qu’il existe une formulation qui permet d’obtenir un comportement mécanique optimal, un meilleur comportement acoustique et un excellent comportement thermique. / The hemp/starch agro-composite is a new material consisting of 100% vegetal starch and hemp shives. It is a durable material for building and construction. The aim of this thesis is to innovate, develop and optimize the agro-composites and those properties mechanical, acoustic and thermal behavior. In this work, experimental tests on the mechanical, thermal and acoustic behavior have been carried out. A particular and innovative binder has been preliminarily tested and analyzed in order to determine optimum composition. Both parameters studied are: hemp/starch (C/A) ratio and size of hemp shives. Various mixtures of hemp shives 0-20 mm or 0-15 mm with 0-5 mm were studied by varying the hemp/starch (C/A) ratio from 6, 8, 10, 12 to 14. The comparison and analysis of results allows making the obvious influence of each parameter on the characteristics of our hemp/starch agro-composite. The hemp/starch agro-composite with mixtures hemp shives 0-5/0-15 mm and 0-5/0-20 mm, show that there is a formulation that achieves optimum mechanical behavior, better acoustic behavior and excellent thermal behavior.

Au cours des dernières années, l’essor spectaculaire des microsystèmes (ou MEMS), qui touche tous les domaines industriels, est à l’origine de nombreux et nouveaux progrès technologiques. Néanmoins, dans ce contexte prometteur de large envergure, la fiabilité des MEMS s’avère être la problématique à améliorer pour franchir la phase d’industrialisation à grande échelle. C’est dans le cadre de cette thématique de fiabilité des microsystèmes, que s’inscrit ce travail.La température étant un paramètre majeur entrant dans de nombreux mécanismes d’endommagement des MEMS, notre étude présente la conception et la réalisation d’un banc de thermographie infrarouge de haute résolution (2 µm), associé à la mise en œuvre d’une méthodologie d’analyse et de traitement des mesures infrarouges.Ce dispositif innovant permet un diagnostic in-situ, sans contact et rapide des défaillances des MEMS par mesures locales et quantitatives des pertes thermiques associées. Cet outil constitue une avancée importante pour détecter, mesurer et comprendre les mécanismes d’endommagement des MEMS. Il nous permet de reconstituer des images thermiques de tout type de microsystème en cours de fonctionnement ou soumis à des tests de vieillissement accéléré, et ceci afin de réaliser une analyse fine et rapide de leur fiabilité.Ce travail apporte de nouveaux résultats en ce qui concerne la détection des mécanismes de défaillance de différents types de MEMS-RF et tout particulièrement des MEMS-RF avec contact électrique. / Over the last few years, considerable effort has gone into the study of the failure mechanisms and reliability of MicroElectroMechanical Systems (MEMS). MEMS performance and reliability are affected by many parameters, such as the complex physical interactions between thermo-mechanical deformation, current flow, high power actuation and contact heating. In particular, temperature is a key issue for the design of a low loss and reliable MEMS. In order to improve device reliability it is essential to understand the thermal behaviours of RF-MEMS under standard or harsh current conditions. In this work, we present a new approach to investigate the failure mechanism of MEMS. An original set-up has been developed to localise and measure the heat loss of MEMS during actuation. Thermal characterization has been performed using infrared thermography to investigate the thermal sensitivity of MEMS. A brand new infrared bench was developed for temperature distribution measurement. An infrared camera, operating in the 1,5 - 5 µm bandwidth, was coupled to a new specific optic to reach an enhanced spatial resolution better than 2 µm/pixel. This work presents several results obtained on different advanced RF-MEMS including RF-MEMS switches where failure mechanism had been diagnosed.

La pyrolyse douce est un procédé prometteur et largement utilisé, mené à une température de 200 à 300 °C dans une atmosphère inerte afin de produire des matériaux durables (bois traité thermiquement) ou des combustibles solides (bois torréfié). Le but de cette étude est d’étudier les bois traités thermiquement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle pour une production durable de matériaux. Deux essences de bois européennes différentes, une essence de feuillus (peuplier, Populus nigra) et une essence de résineux (sapin, Abies pectinata), sont utilisées pour réaliser les expériences. La présente recherche est divisée en trois parties. Dans la première partie, le comportement thermique des planches de bois est étudié dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Les expériences sont effectuées à 200-230 °C avec une vitesse de chauffe de 0.2 °C min-1 dans un environnement sous vide (200 hPa) pour intensifier la dégradation thermique. Quatre étapes différentes de dégradation thermique lors du traitement thermique du bois sont définies, en fonction de l'intensité de la perte de masse différentielle (DML). Les caractéristiques de dévolatilisation du bois traité sont évaluées à l'aide de l'indice de dévolatilisation (ID) basé sur les résultats de l'analyse immédiate. La corrélation de l'ID par rapport à la perte de masse des deux essences de bois est fortement caractérisée par une distribution linéaire, ce qui permet de fournir un outil simple et utile pour prédire la perte de masse du bois. Dans la seconde partie de l’étude, plusieurs analyses (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, diffraction des rayons X, mesure du changement de couleur, teneur en humidité à l’équilibre et angle de contact) ont été réalisées. Les résultats obtenus démontrent clairement la dégradation thermique lors des réactions de déshydratation, de désacétylation, de dépolymérisation et de condensation au cours du traitement thermique. Les phénomènes de changement de couleur et de transformation hygroscopique observés sont illustrés et discutés en détail. La décarbonisation (DC), la déshydrogénation (DH) et la désoxygénation (DO) des bois traités sont également évaluées. Il s'avère que les trois indices peuvent être bien corrélés à la variation de couleur totale et à l'étendue de la réduction de l'hygroscopicité (HRE). Dans la dernière partie de l'étude, une modélisation cinétique du traitement thermique du bois est développée sur la base d’un schéma cinétique en deux étapes. La cinétique obtenue permet de prédire avec succès le rendement en solide de planches de bois lors du traitement dans un réacteur à l’échelle semi-industrielle. Dans le même temps, une prévision de la composition élémentaire est proposée. Celle-ci est basée sur les analyses élémentaires (ultimes) du bois non traité et du bois traité, ainsi que sur les rendements instantanés en solides. Les résultats indiquent que la prédiction des profils C, H et O est en bon accord avec les changements de composition attendus dans le matériau au cours du traitement. En résumé, les résultats obtenus et la cinétique établie sont propices à l’identification des mécanismes de dégradation thermique du bois et peuvent être utilisés pour le traitement thermique et la conception de réacteurs dans l'industrie afin de produire des matériaux bois adaptés à diverses applications. / Mild pyrolysis is a promising and widely applied process conducted at 200-300 °C in an inert condition to produce sustainable materials (i.e. heat treated wood) or solid fuel (i.e. torrefied wood). The aim of this study is to investigate the woods heat treated in a semi-industrial scale reactor for sustainable material production. Two different European wood species, a hardwood species (poplar, Populus nigra) and a softwood species (fir, Abies pectinata), are used to perform the experiments. The present research is divided into three parts. In the first part, the thermal behavior of wood boards is studied in a semi-industrial scale reactor. The experiments are carried out at 200-230 °C with a heating rate of 0.2 °C min-1 in a vacuum condition (200 hPa) to intensify the thermal degradation. Four different stages of thermal degradation during wood heat treatment are defined based on the intensity of differential mass loss (DML). The devolatilization characteristics of treated woods are evaluated by the devolatilization index (DI) based on the results of proximate analysis. The correlation of DI with respect to mass loss of the two wood species is strongly characterized by linear distribution, which is able to provide a simple tool to predict the mass loss of wood. In the second part of the study, a number of analyses, such as Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, measurement of color change, equilibrium moisture content, and contact angle) are performed to evaluate the property changes of treated woods. The obtained results clearly demonstrate the thermal degradation through dehydration, deacetylation, depolymerization, and condensation reactions during the heat treatment. The observed phenomena of color change and hygroscopic transformation are illustrated and discussed in detail. The decarbonization, dehydrogenation, and deoxygenation of the treated woods are also evaluated. It is found that the three indexes can be well correlated to the total color difference and hygroscopicity reduction extent (HRE). In the last part of the study, the kinetic modeling of wood heat treatment is developed based on a two-step kinetic scheme. The obtained kinetics successfully predict dynamic solid yield of wood boards during the treatment in the semi-industrial reactor. Meanwhile, the prediction of elemental composition is also performed by a direct method based on the elemental analyses of untreated and treated woods at the end of the treatment, as well as the instantaneous solid yield. The results point out that the prediction of C, H, and O profiles are in good agreement with expected composition changes in the wood materials during treatment. In summary, the obtained results and established kinetics are conducive to recognizing the mechanisms of wood thermal degradation and can be used for heat treatment process and reactor design in industry to produce wood materials for various applications.