L'objet de la présente étude est d'étudier, de comprendre et de maîtriser les différentes propriétés électriques de contacts électriques constitués de membranes souples en carbone, qui commutent sur des pistes métalliques d'un circuit imprimé. Ces contacts sont de plus en plus utilisés dans l'automobile car ils possèdent des propriétés mécaniques intéressantes vis-à-vis du ressenti de l'utilisateur, tout en permettant une bonne durée de vie. Dans un premier temps, les paramètres électriques et mécaniques de ces contacts sont caractérisés, les phénomènes de commutation sur divers type de charges sont étudiés et l'influence de contaminants et de la corrosion sur la conduction électrique sont examinés. L'évolution des résistances d'isolement en présence d'humidité est quantifiée. Dans un second temps, une approche de fiabilité est réalisée : l'évolution des paramètres électriques et mécaniques de ces contacts est étudiée lorsqu'ils sont soumis à des stress environnementaux, en particulier la chaleur humide. Les principaux modes d'endommagement sont étudiés. Nous montrons en particulier que les défaillances mécaniques proviennent essentiellement du polymère, et les défaillances électriques proviennent plutôt du circuit imprimé. L'influence d'un revêtement doré côté circuit imprimé, pour différentes épaisseurs, est également étudiée. Notre travail se poursuit par une étude un peu plus fondamentale sur les phénomènes de commutation en présence de matériaux en carbone. Au cours de ce travail novateur, les signatures optiques sont examinées lors de la coupure du courant. Un phénomène baptisé « glowing » est mis en évidence ; les limites en courant et en tension entre « glowing » et arcage électrique sont données, et les phénomènes comparés par rapport aux phénomènes de commutation dans les contacts de type métal – métal. L'étude se termine par un bilan synthétique concernant l'utilisation de contacts comprenant une pastille en carbone, avec leurs avantages et leurs limitations. / The purpose of this study is to explore, understand and master the different electrical properties of electrical contacts made of flexible carbon membranes, which switch on metal tracks on a printed circuit board. These contacts are increasingly used in the automobile because they have interesting mechanical properties for the user, while providing a good reliability. At first, the electrical and mechanical parameters of these contacts are characterized, the switching phenomena on various types of loads are studied and the influence of contaminants and corrosion on the electrical conduction is examined. The evolution of insulation resistance in the presence of moisture is quantified. In a second step, an approach to reliability is achieved: the evolution of electrical and mechanical parameters of these contacts is studied when subjected to environmental stresses, especially moist and heat. The main types of damage are considered. We show in particular that mechanical failures come mainly from polymer and electrical failures from the PCB. The influence of a gold-plated printed for different thicknesses system side, is also studied. Our work continues with a slightly more fundamental study on switching phenomena in the presence of carbon materials. In this pioneering work, the optical signatures are discussed at the current break. A phenomenon called "glowing" is highlighted; limits current and voltage between "glowing" and electrical arcing are given, and compared with respect to the phenomena switching phenomena in metal contacts - type metal. The study concludes with a summary review on the use of contacts comprising a carbon pill, with their advantages and limitations.

Lorsque le bois est utilisé en extérieur avec des expositions répétées ou permanentes aux humidifications, les risques d’altération par des agents de dégradations biologiques au cours du temps sont élevés. Par conséquent, il est indispensable de recourir à des systèmes de protection afin de garantir une durée de vie optimale. Les produits traditionnels utilisés pendant des décennies et reconnus comme étant les plus efficaces font actuellement l’objet de fortes restrictions en raison de leur toxicité, entraînant leur disparition progressive du marché européen. Le projet FUI TIMBIRDE a eu pour objectif de développer des formulations permettant de greffer chimiquement des polymères sur les hydroxyles du bois afin de réduire son hygroscopie et limiter le relargage du traitement dans l’environnement. De plus, ces traitements ont pour but de diminuer la porosité du bois en la remplissant par la matrice polymère. Pour ce faire, les fonctions chimiques capables de réagir avec les hydroxyles du bois ont été identifiées en utilisant la cellulose comme composé modèle. Ensuite, des polymères hydrophobes ont été fonctionnalisés par ces fonctions d’accroche en vue de leur greffage sur les groupements hydroxyles du bois par la technique du « graft to ». Dans le cadre de cette étude, les formulations retenues ont été appliquées en profondeur dans le bois par imprégnation en autoclave sous vide/pression. Les systèmes imprégnés dans le bois sous forme de latex ont ainsi permis de diminuer la reprise en eau des bois traités (jusqu’à 50%) par rapport au témoin non traité. / When wood is used outdoors with repeated or continuous exposures to moisture, degradation by biotic factors is high. Consequently, resorting to systems of protection is essential to ensure an optimal service life. However, some of the traditional wood preservatives, used for decades for wood protection and regarded as the most effective, are currently subjected to severe restrictions in Europe because of their toxicity. The FUI TIMBIRDE project aimed to develop formulations allowing the grafting of non-biocidal polymers on the natural components of wood to limit water uptake and enhance dimensional stability. The grafting of compounds on wood will limit their potential release into the environment and reduce the wood porosity by filling the wood matrix with polymers. In a first step, identification and optimization of grafting functions was performed on cellulose as model compound of wood. Then, hydrophobic polymers were functionalized with these specific functions in order to graft polymers on wood. In this study, wood specimens were treated with selected formulations by vacuum/pressure impregnation in lab autoclave. Thus, a reduction up to 50% of water uptake was observed for wood treated with polymer latex compared to untreated wood.

Une grande partie de la structure des avions modernes est fabriquée à partir des dernières générations de matériaux composites. Le principal défi des constructeurs d’avions réside dans la taille importante des pièces en composites. D’où la nécessité de développer de nouvelles technologies de fabrication telle que la dépose automatique de préimprégné. La qualité des pièces fabriquées dépend de nombreux facteurs dont notamment la maîtrise de la rhéologie de la résine du préimprégné. Cette dernière évolue fortement avec les conditions environnementales et les conditions de fabrication. Elle détermine pour partie, les instabilités de la matière particulièrement le long des trajectoires curvilignes. Ces instabilités, qui se présentent sous forme de cloques, engendrent après cuisson des pièces avec des défauts de repliement des couches dans les stratifiés. L’objectif principal de cette thèse de doctorat est l’étude du comportement mécanique d’un ruban de préimprégné prenant en compte la rhéologie de la matière ainsi que sa pégosité dans le but de mieux comprendre les conditions d’apparition des cloques en trajectoire curviligne. Une partie de mes travaux est consacrée à la caractérisation des propriétés physico-chimiques et mécaniques de la matière. Une seconde partie, complémentaire à la première, est dédiée au développement d’un modèle de comportement mécanique d’une plaque sur fondation élastique représentant le ruban de préimprégné et soumise à une rotation imposée. La méthode de Ritz a été utilisée pour l'obtention de solutions explicites des charges critiques de flambement. Il a été montré que les plus faibles rayons de courbure sans formation de cloques en trajectoire curviligne dans le plan sont obtenus avec un faible écrasement du rouleau et un niveau de collant élevé. / The evolution of composite materials in aerospace has been spectacular over the last thirty years. The main advantage provided by composites is weight gain compared to other materials. However, new aluminum lithium alloys may slow this trend because of their specific properties and exceptional manufacturing costs lower than those of composites. Much parts of the structure of the A380 are made from the latest generation of composite materials with organic matrix. The Airbus A380 is the first plane of the manufacturer composed by a center wing box made by composite reinforced with carbon fibers and organic matrix. And like the devices that preceded it, the center wing box, rudder, horizontal stabilizer and the elevators were designed with composites reinforced with carbon fibers and organic matrix. But the main challenge with the new aircraft is the size of parts ; the size of the horizontal stabilizer of the A380 for example, is similar to the wing of the A310. Hence the need to develop the intensive use of automatic prepreg lay up technology. The use of semi-finished prepregs for the manufacture of parts allows standardizing production. Indeed, these products exhibit with the desired rate of reinforcement on the final parts, all the delicate operations of pumping excess resin during the implementation of parts, as the case in the RTM process (Resin Transfer Molding) are eliminated. The quality of parts produced using automatic lay up depends on many factors including the accuracy of trajectory lay up, the control of rheology of the resin contained in the prepreg and behavior at the interface of the material and tooling. The rheology of the resin is changing considerably with environmental conditions (temperature, humidity) and processing conditions (speed of removal, compaction strength). It determines in part and in combination with the tackiness of the prepreg, the instabilities of the material particularly along curved trajectories. In curvilinear lay up, the rotation of the tow placement head imposes to this portion of slit tape, a curvature generating a circular bending phenomenon.The outer portion of the tape is then stretched while the inside is compressed. When the radius of curvature of the tow placement head is low, the result is a phenomenon of local buckling of the slit tape. The corresponding layer waviness (See figure 1) is visible after the passage of the roller so instantly or delayed, depending on the conditions of lay up (speed lay up,compaction strength, temperature, humidity) and the tackiness of the material. Thus, the formation of the layer waviness is a local phenomenon that appears in the material between the tow placement head and tools. It is this area of the material defined by the form of plate, and the extent of which depends on the compaction strength and flexibility of the roller which will be the model proposed in this communication. It is supposed that this plate is based on elastic foundation in order to reflect the tack of the material. The formation mechanism of ply waviness is very few studied and remains unclear since these defects appear at different steps in the manufacturing process. Some studies recommend, without justification, to not exceed some radius of curvature to avoid buckling [1]. Interactions between tooling and material in relation with lay up conditions were studied [2]. In this paper we study the mechanical behavior of a slit tape taking into account the rheology of the material so that his tack in order to better understand the conditions of appearance of layer waviness during circular trajectories. At first, we will present some results from the identification of physico-chemical and mechanical properties of prepreg carbon / epoxy and then we will explain the evolutions observed. A second part, complements the first,will be dedicated to the development of a model of mechanical behavior of a plate based onelastic foundation, representing the slit tape which is subjected to a rotation imposed. The mechanical model of the slit tape will be based on the theory of plate under the hypotheses of Kirchhoff-Love and Von-Karman. Determining the critical buckling load is carried by the Ritz method. The simulation results using different boundary conditions will be analyzed and compared to real cases.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

Au cours des dernières décennies, en raison de sa stabilité́ chimique et thermique exceptionnelle associée à son caractère isolant, le nitrure de bore hexagonal sous forme de nanofeuillets (BNNSs) trouve un grand intérêt dans de nombreuses applications. En effet, il est sérieusement envisagé l’utilisation de ces nanomatériaux comme support de graphene ou pour la fabrication d’hétérostructures horizontales utilisables dans le domaine de la microélectronique pour des applications de nouvelle génération. Il existe deux grandes voies de synthèse de ces nanostructures 2D de h-BN, par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), ou par exfoliation d’un monocristal. Dans le but de préparer des BNNS de grande qualité́ chimique et cristalline, notre groupe propose une nouvelle stratégie de synthèse en associant la voie polymère précéramique (PDC) à des techniques de frittage, par Spark Plasma Sintering (SPS) et Hot Isostatic Pressing (HIP). Premièrement, le comportement thermique du précurseur précéramique, le polyborazilène (PBN) a été étudié en conditions dynamiques in-situ. Il a ainsi été mis en évidence, le rôle bénéfique du promoteur de cristallisation (Li3N) sur la qualité cristalline du matériau final. Cependant, une étape de frittage complémentaire reste obligatoire pour parfaire la structuration cristalline du h-BN. Premièrement, un procédé́ de frittage par SPS a été mis en œuvre. Dans cette étude, ont été particulièrement étudiés l’influence de la température de frittage (1200-1950°C) ainsi que la teneur en promoteur de cristallisation (0-10% mass.) sur la qualité cristalline du matériau final. Après optimisation des conditions de synthèse, des pastilles de h-BN composées d’une grande quantité de plaquettes monocristallines de taille d’environ 200 μm2 ont été obtenues. Les caractérisations de ces monocristaux attestent d'une haute qualité́ chimique et cristalline, même si des impuretés, sans doutes dues à l’environnement en graphite dans le SPS, sont détectées par cathodoluminescence. Enfin, des mesures physiques montrent que les BNNSs préparés présentent une constante diélectrique intéressante de 3,9, associée à une résistance diélectrique correcte de 0,53 V/nm. Afin d’augmenter encore la taille des monocristaux préparés, un second procédé́ de frittage, par HIP, a été étudié́. Cette autre combinaison originale conduit alors à des monocristaux de h-BN significativement plus gros (jusqu’à 2000 μm de taille latérale), transparents, incolores et très faciles à exfolier. Ainsi cette nouvelle association de la synthèse de PBN par voie PDCs et du procédé́ de céramisation par HIP nous semble une voie des plus prometteuses pour générer de grands monocristaux de h-BN et des nanofeuillets susceptibles de supporter des hétérostructures à base de graphène. / In the past decades, due to their exceptional chemical and thermal stabilities together with their electrical insulation properties, hexagonal boron nitride nanosheets (BNNSs) have become a promising support substrate for graphene and promoted the incentive of various van der Waals heterostructures. For such applications, BNNSs are generally obtained by Chemical Vapor Deposition (CVD) or exfoliation. In order to achieve high quality and large BNNSs, our group has proposed a novel synthesis strategy based on the Polymer Derived Ceramics (PDCs) route combined with sintering techniques: Spark Plasma Sintering (SPS) or Hot Isostatic Pressing (HIP). Since hexagonal boron nitride (h-BN) crystallization is a key point in the synthesis of high quality BNNSs, efforts have been led to understand the beneficial role of a promotor of crystallization (Li3N), adopting a suitable in situ dynamic approach. It has been established that Li3N does improve the crystallization level of the product, and lower the transformation temperatures from polyborazylene to h-BN. Then, we have further investigate the influence of the SPS sintering temperature (1200-1950°C) and of the crystal promoter content (Li3N, 0-10 wt.%) on BN growth. The tested SPS parameters strongly modify the size of the resulting h-BN flakes. For an optimal Li3N concentration of 5 wt.%, h-BN flakes larger than 200 μm2 (average flake area) have been obtained. A high degree of crystallinity and purity have been achieved, even if the very-sensitive cathodoluminescence technic indicated traces of impurities, probably due to surrounding graphite parts of the SPS. Few-layered BNNSs have been successfully isolated, through exfoliation process. As a final application purpose, further physical measurements have confirmed that SPS derived h-BN exhibits an interesting dielectric constant of 3.9 associated with a dielectric strength of 0.53 V/nm. Due to a very high compact character of SPS-derivative h-BN crystals, the post-exfoliation step is made very difficult, resulting in BNNSs of tens of microns lateral size. Therefore, we have studied another sintering procedure by HIP for the ceramization process. Through this combination, we aim to promote the size of h-BN single crystals, leading to larger size exfoliated BNNSs. Characterizations from bulk crystals to BNNSs have been carried out in three aspects: morphology, lattice structure and chemical composition. This novel attempt has provided us transparent and colorless h-BN single crystals with large lateral size, up to 2000 μm. Besides, BNNSs with high purity have also been confirmed. HIP, as a new ceramization process of PDCs, has to be considered as a promising way to obtain large h-BN single crystals and nanosheets for supporting graphene and 2D heterostructures.

Le cadre général de cette thèse est d'obtenir une meilleure compréhension des écoulements géophysiques comme les glissements de terrains. Dans tous ces évènements, on sait que le couplage entre milieu granulaire et fluide interstitiel joue un rôle important. Lors du démarrage, la présence d'eau influe sur la déformation des sols; ainsi, des sols initialement différents se comportent différemment. Cette thèse présente une expérience et un modèle mettant en évidence les phénomènes physiques lors du déclenchement des avalanches immergées. Notamment, la dynamique de l'avalanche dépend fortement de la fraction volumique de l'empilement initial, le déclenchement étant fortement retardé lors d'une légère compaction initiale.

La qualité de l'air intérieur est maintenant reconnue comme une question de santé publique, notamment avec la proposition de valeurs guides de concentrations pour des polluants tels que les composés organiques volatils (COV). Ainsi, suite aux consignes émises par l'Agence Française pour la Sécurité Sanitaire de l'Environnement et du Travail (AFSSET), des stratégies d'échantillonnage et de mesure des COV émis par les matériaux de construction ont été définies dans un contexte normatif. Ces méthodes, dédies au contrôle en laboratoire, sont peu adaptées aux mesures sur site. L'identification des sources de COV, indispensable au diagnostic de la qualité de l'air intérieur, nécessite donc des outils de prélèvement simples et rapides. Une alternative, basée sur le couplage d'une cellule d'émission (FLEC*) avec un prélèvement passif par SPME (micro-extraction sur phase solide) a donc été envisagée. Le développement de cette méthodologie a été effectué sur des atmosphères étalons de COV modèles (hydrocarbures, terpènes, composés oxygénés, ...), permettant ainsi de déterminer des limites de détection de l'ordre du μg.m-3 (GC-MS) et des concentrations quantifiables (GC-FID) au-delà de 10 mg.m-3. Les performances de cette méthode ont permis son application à différents matériaux (moquette, panneau de bois et PVC), montrant ainsi la possibilité d'effectuer un rapide screening des COV émis, mais aussi de déterminer 96 % des composés d'intérêt définis par le protocole AFSSET. Enfin, l'étude d'un immeuble de bureaux a montré la faisabilité de l'utilisation sur site du couplage FLEC*-SPME pour caractériser les principales sources de COV provenant des matériaux de construction présents.

Cette étude a pour objectif final la réalisation d'un ancrage de hauban plat en composite. La technique du collage structural est choisie pour celle-ci et une majeure partie du document s'attache donc à comprendre et décrire le transfert des e

L'étude du mouvement d'un patin, glissant à la surface libre d'une couche de grains, permet de tester la réponse d'un matériau granulaire immergé à un cisaillement simple. Il existe une force seuil, proportionnelle au poids du patin et indépendante de sa surface, en deçà de laquelle le patin reste immobile. Au-delà du seuil, la force de cisaillement, qui permet de déplacer le patin à vitesse constante, est proportionnelle à son poids, indépendante de sa surface et de sa vitesse. La taille des grains ne joue pas de rôle significatif dans la valeur des forces mesurées mais apparaît comme seule longueur caractéristique dans ces systèmes; d'une part, l'écoulement induit sous le patin en mouvement n'affecte que quelques couches de grains. D'autre part, pendant le régime transitoire, la couche se dilate sur une distance de glissement égale au rayon d'un grain. L'extension de ce travail à des mélanges secs de grains de deux tailles différentes montre que les coefficients de friction dépendent, de manière complexe, du taux de mélange mais que la longueur caractéristique à considérer dans ce cas est la moyenne, en masse, des diamètres des deux constituants. Par ailleurs, la contrainte seuil dépend du temps pendant lequel la couche de matériau est restée au repos avant la mesure. La condensation capillaire de ponts liquides entre les grains explique, au moins en partie, le vieillissement des propriétés mécaniques des matériaux granulaires secs en atmosphère humide. Des mesures d'angle limite d'avalanche montrent que le vieillissement des propriétés mécaniques de billes de verre immergées dans de l'eau est dû à des réactions chimiques de surface. Les propriétés mécaniques des matériaux granulaires immergés ne dépendent pas du temps en l'absence de réactivité chimique et de sollicitations extérieures (vibrations mécaniques, variations de température, etc. . . ). Cependant, les variations de la température ambiante, qui induisent une compaction lente du matériau, peuvent conduire à une augmentation des seuils d'écoulement. Les matériaux granulaires se comportent comme des fluides à seuil. L'étude du passage forcé d'un débit constant d'air au travers d'une fine couche d'un matériau granulaire immergé montre qu'il existe une surpression seuil, indépendante de l'épaisseur de la couche, en deçà de laquelle le gaz reste piégé sous la couche. à faible débit imposé, le gaz s'échappe périodiquement du système sous forme de bulles. à fort débit, l'air s'échappe continûment du système après avoir formé un canal stable au sein du matériau. Entre ces deux régimes limite, on observe un régime intermittent; le système oscille, sans périodicité apparente, entre les émissions de bulles successives et l'émission d'un jet continu d'air. Nous poursuivrons, dans un premier temps, l'étude des propriétés de friction des matériaux granulaires immergés. Nous montrerons ensuite que l'étude du passage d'un gaz au travers d'un fluide à seuil (matériau granulaire immergé, gel, mousse,. . . ), peut apporter des informations importantes pour la compréhension de systèmes géophysiques et, en particulier, de certains volcans.

L'augmentation constante de la densité d'intégration rend le délai RC dû aux interconnexions prépondérant sur le retard dû aux transistors. Afin de réduire ce délai, l'intégration de matériau;x diélectriques à basse permittivité ainsi que de métaux à basse résistivité (Cu) est envisagée. Cependant la compatibilité de ce type de matériaux avec les différentes étapes élémentaires d'intégration doit être évaluée. Ce travail porte sur l'étude de mécanismes de gravure et l'impact des procédés de retrait résine sur des matériaux de type SiOCH (poreux et non poreux) en vue de leur intégration dans des structures de test avec une architecture simple damascène. Ces structures simple damascène sont caractérisées physiquement et électriquement. La gravure de SiOCH est contrôlée par une couche d'interaction fluorocarbonée qui se forme en surface du diélectrique lors de la gravure. La formation de la couche fluorocarbonée (épaisseur, composition) est contrôlée par les conditions plasma (pression, puissance source...), les gaz utilisés et la composition du matériau. Lorsque le diélectrique est poreux, les espèces réactives du plasma diffusent à travers les pores modifiant le matériau. Ces modifications sont accentuées lors de l'étape de retrait résine. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de développer une chimie permettant de trouver un compromis entre une modification latérale du matériau poreux limitant la diffusion de la barrière métallique et l'augmentation de la constante diélectrique.