La recherche sur les matériaux diélectriques souples et biodégradable a été augmenté considérablement en raison de l'augmentation des exigences concernant l'énergie et les questions environnementales. Les composites polymériques, avec constante diélectrique élevée ont ainsi, été préférés par rapport aux composites à base de céramique pour les périphériques de stockage de l'énergie. L'objectif de cette thèse est de fabriquer une électrode biodégradable matériaux à base de nano-fibrilles de cellulose natives et oxydés (CNF) et de graphène pour améliorer le stockage diélectrique ainsi que les applications de stockage de charge électrochimique. La présente méthode de réduction, induite par les UV sur l'oxyde de graphène (GO) dans des matrices de cellulose, est une alternative prometteuse aux traitements à base de solvant en évitant la détérioration des propriétés des matériaux et l'utilisation de solvants organiques. Cette méthode pourrait être étendue à d’autres matériaux composites polymères. / The research on biodegradable and flexible dielectric materials has been increased widely because of increasing requirements about energy and environmental issues. Polymeric composites with high dielectric constant have, thus, been demanded increasingly compared to ceramic based composites for energy storage devices. The objective of this thesis is to fabricate a biodegradable electrode materials based on pristine and oxidized cellulose nanofibrils (CNF) with different graphene based fillers for enhanced dielectric storage as well as electrochemical charge storage applications. The presented dry method of UV induced reduction of graphene oxide (GO) in cellulose matrices are promising alternatives to solvent based treatments avoiding the deterioration of material properties and the use of organic solvents. This method could be extended to alternative polymer composite materials. In contrast to previous reports, the dielectric properties mainly focussed on the higher frequency regions to provide real, intrinsic material properties and obtained significant enhancement than reported studies. This approach gives a new insight to the exact performance of materials on dielectric charge storage applications. The current study gives more insight for the development of flexible, lightweight and biodegradable electrode materials for energy storage device applications.

Résumé / Abstract

Les méthodes d'optimisation à base de métamodèles avec enrichissement adaptatif (type Efficient Global Optimization) peuvent, malgré leurs atouts, être rédhibitoires en temps de calculs lorsqu'elles sont appliquées à des modèles numériques de grande taille avec plusieurs minimums locaux. Elles nécessitent la résolution d'un modèle complet à chaque simulation, ce qui peut conduire à des études irréalisables ou alors dans des durées incompatibles avec les échelles de temps typiques du processus de conception d'un produit. Cette thèse s'inscrit dans la thématique de l'optimisation de simulateurs numériquement couteux par l'utilisation des modèles simplifiés. Ces modèles simplifiés peuvent être notamment de deux types : des métamodèles ou des modèles d'ordre réduit. Nous proposons dans cette thèse une nouvelle méthodologie d'optimisation globale de systèmes mécaniques en couplant les méthodes d'optimisation à base de métamodèles adaptatifs avec les méthodes de réduction d'ordre. Les méthodes d'optimisation à base de métamodèles visent à réduire le nombre d'évaluations de la fonction objectif tandis que les méthodes de réduction d'ordre visent à diminuer la taille des modèles permettant ainsi une réduction de leur temps d'exécution. L'objectif de la méthodologie développée dans cette thèse est alors de réduire le nombre d'évaluations de la fonction objectif tout en diminuant également le temps d'exécution des modèles. L'idée de l'approche développée est de construire le métamodèle de la fonction objectif de manière adaptative. Cette construction fusionne des modèles complets et des modèles d'ordre réduit et adapte ainsi la fidélité aux besoins en précision de l'itération courante de l'optimisation. Les performances des algorithmes développés dans cette thèse ont été illustrées sur deux types d'applications : i. un problème d'identification des quatre propriétés orthotropes d'un composite stratifié à partir de mesures de champs de déplacement d'une plaque trouée en traction. ii. un problème de maximisation de la rigidité d'une plaque composite stratifiée. Les résultats ont permis de montrer que notre méthodologie permet d'obtenir des gains considérables, en temps de calcul, par rapport à un algorithme de type EGO classique. / The surrogate based optimization method with adaptive enrichment (Efficient Global Optimization type approach) may, in spite of its strengths, be prohibitive in terms of computational cost when applied to large scale problems with several local minima. They require the resolution of a full numerical model for each simulation, which can lead to intractable studies or to simulation times incompatible with the times allotted for the design of a product. This PhD thesis falls within the scope of optimizing expensive simulator codes by using substitution models of the simulator. These substitutions models can be of two types: a metamodel or a reduced order model. We have proposed here a new methodology for global optimization of mechanical systems by coupling adaptive surrogate based optimization methods with the reduced order modeling methods. The surrogate based optimization methods aim to reduce the number of objective function evaluations while the reduced order model methods aim to reduce the dimensionality of a model and thus its computational cost. The objective of the methodology proposed in this thesis is thus to reduce the number of the objective function evaluations while at the same time significantly reducing the computational expense to the resolutions of the full mechanical model. The basic idea of the proposed approach resides in the adaptive construction the metamodel of the objective function. This construction fuses full and reduced order models and thus adapts the model fidelity to the accuracy requirements of the optimization at the current iteration. The efficiency of our proposed algorithms was illustrated on two types of applications: i. a problem of identification of orthotropic elastic constants from full field displacement measurements based on a tensile test on a plate with a hole ii. a problem of stiffness maximization of laminated plates. The results have shown that our methodology provides a significant speed-up in terms of computational cost, compared to the traditional EGO algorithm.

Les fontes de fer sont des matériaux largement utilisés dans de nombreux domaines allant de l’industrie automobile au secteur de l’énergie en passant par la fabrication des tuyaux d’adduction d’eau. Du fait de la teneur en carbone élevée de ces alliages, du graphite et/ou des carbures de fer précipitent pendant la solidification. Les propriétés finales des pièces dépendent alors de la nature de la matrice, de la présence ou non de carbures et surtout de la forme du graphite. Celui-ci peut cristalliser sous la forme de lamelles, de sphères ou de particules de formes intermédiaires. Les éléments présents à l’état de traces dans le bain de fonte liquide influencent de manière considérable la croissance du graphite et conditionnent sa forme finale. Leur moyen d’action ainsi que le mécanisme de croissance du graphite sphéroïdal sont encore un sujet de débat et cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension des phénomènes mis en jeu. Les échantillons utilisés ont été élaborés selon le procédé de coulée par centrifugation, son influence sur les mécanismes étudiés est d’ailleurs au cœur de ce projet. Les différents essais et analyses réalisés prouvent que la structure des nodules observés dans les échantillons centrifugés est la même que dans le cas des pièces moulées en sable. De plus, les éléments traces montrent une action similaire lors de la solidification et pendant la croissance en phase solide durant le traitement thermique destiné à éliminer les carbures. Ces résultats suggèrent que le mécanisme de croissance du graphite sphéroïdal est le même lors de la croissance à partir du liquide ou en phase solide par décomposition des carbures. Une proposition est d’ailleurs faite pour expliquer le développement des nodules par une germination continue du graphite sur les plans de base conjuguée à une croissance selon les directions prismatiques. Un modèle mathématique associé à ce mécanisme est présenté et son application au procédé de centrifugation donne des résultats en accord avec les observations expérimentales.

La fabrication de guides d’ondes à partir d’un matériau composite CFRP isolant, nécessite de rendre la surface interne conductrice électriquement. Cela peut s’effectuer par métallisation, mais des verrous technologiques apparaissent en raison de la géométrie complexe associée à une surface inerte. Le CFRP est composé d’époxy dont la température de transition vitreuse est de 216 °C, ce qui limite le choix des techniques de métallisation. De plus, l’énergie de surface du polymère qui compose la surface du CFRP est plutôt faible (20-40 mJ/m2) et non polaire, ce qui conduit à une adhérence faible des revêtements métalliques. Le procédé DLI-MOCVD est utilisé pour le dépôt du revêtement métallique car il combine un contrôle rigoureux des débits de réactifs, des vitesses de croissance élevées et il est adapté pour revêtir des substrats tridimensionnels. Le choix du métal (le cuivre) est basé sur un savoir-faire antérieur de l’équipe de recherche, pour la possibilité de le déposer à une température bien inférieure à 216 °C, et bien entendu pour son excellente conductivité électrique et sa résistance au vieillissement ambient. Le film de Cu est élaboré à partir du précurseur organométallique (hfac)Cu(MHY), développé par P. Doppelt au CNRS. Ce précurseur qui se présente sous forme liquide à Tambiante, est dilué dans de l’octane anhydre pour pouvoir être injecté par le système DLI. Après avoir implémenté un réacteur dédié au travaux de la thèse, une étude de cinétique chimique du dépôt à partir du précurseur a permis de définir les conditions expérimentales optimales ; notamment la température de dépôt fixée à 195 °C. Les revêtements obtenus sont partiellement couvrants et sont conducteurs. Leur adhérence avec le substrat est nulle. Par conséquent, on sélectionne puis on teste différents prétraitements du substrat afin de modifier la morphologie et la réactivité de la surface CFRP. On montre à travers six prétraitements que la formation de rugosité de surface favorisant l'ancrage mécanique est un caractère prépondérant pour l’amélioration de l’adhérence, par rapport à la modification chimique. Les deux prétraitements les plus performants sont le traitement par voie humide CircupositTM et le traitement in situ à l’O3 A ce stade, les films sont conducteurs et adhérents mais ils ne mouillent pas intégralement la surface du composite lors du dépôt. On démontre alors que l’injection d’un précurseur de cobalt (Co2(CO)5) en alternance avec le dépôt de Cu permet d’obtenir un revêtement de cuivre métallique, pur à plus de 98 %, couvrant, conducteur et adhérent. A ce stade, le rôle du précurseur de Co n’est pas clairement établi. Néanmoins, les études préliminaires d’industrialisation du procédé consistant à améliorer les rendements et vitesses de croissance sont entreprises. Notamment, les coûts sont abaissés en remplaçant le solvant octane. Avec ce solvant, le dépôt de Cu est adhérent sans prétraitement préalable de la surface du substrat. A noter que le précurseur de Co est toujours nécessaire pour assurer une couverture complète de la surface CFRP. C’est dans ces conditions de dépôt, et après quelques ajustements paramétriques que les premiers guides d’ondes de 60 mm sont revêtus. Les résultats des tests de cyclage thermique étant positifs, la longueur des guides d’ondes à revêtir est augmentée à 300 mm, dimension minimale pour pouvoir effectuer des tests de transmission des ondes radiofréquences : la propriété finale. Cette modification géométrique requière une phase d’optimisation plus complexe afin de garantir l’uniformité en épaisseur et en propriétés électriques sur toute la longueur. Les guides d’ondes de 300 mm métallisés passent les cyclages thermiques avec succès. Les tests radiofréquences indiquent un taux de transmission des ondes < 30 dB, ce qui est tout à fait acceptable d’un point de vue applicatif. En revanche, les pertes sont importantes en comparaison avec l’existant, mais de nombreuses pistes d’améliorations sont proposées. / The manufacturing of waveguides from insulating C fibers reinforced polymer composites necessitates to render internal surfaces electrically conductive. This can be achieved by metallization but technological bottlenecks arise due to the complex geometry and the chemical inertia of the surface. The CFRP matrix is composed of RTM6 epoxy whose glass-transition temperature equals 216 °C, limiting the choice of metallization techniques. Additionally, the surface energy of the polymer (constituting the surface of the CFRP) is low (20-40 mJ/m2) and non-polar, i.e. a poor adherence is expected for metallic coatings. A DLI-MOCVD process is used to form the metallic coating because it combines a good control of reactive fluxes, high deposition rates, and because it is relevant for the coating of three-dimensional substrates. The choice of the metal (Cu) is dictated by the anterior know-how of the research group, by the possibility to deposit at a temperature well below 216 °C, and because Cu shows an excellent electrical conductivity and a good resistance to ambient ageing. The Cu film is formed from the organometallic precursor (hfac)Cu(MHY), developed par P. Doppelt at CNRS (Paris). The precursor is diluted in anhydrous octane to make it injectable by DLI. After the mounting and implementation of the DLI-MOCVD reactor dedicated to the PhD work, a study of the chemical kinetics of the deposition from this precursor helped in the definition of the optimal conditions; noticeably the deposition temperature fixed at 195 °C. The coatings are partially covering and interfacial adherence is poor, but they are conductive. Consecutively, we identify, develop and test several pretreatments in order to modify the topography and reactivity of the CFRP surface. Based on 6 recipes, we show that mechanical anchorage is preponderant over the chemical reactivity to improve the adherence. The two best pretreatments are the solution chemistry treatment CircupositTM, and the in situ treatment with O3. At this stage of the work, Cu films are conductive and adherent but they do not wet the entire composite surface, even after long deposition duration. We then demonstrate that the injection of a Co precursor (Co2(CO)5) alternating with the Cu deposition leads to the formation of a pure metallic Cu film (> 98%) which is covering, conductive and adherent. The role of the Co precursor is not yet established. Nevertheless, we start the preliminary process industrialization studies consisting in the improvement of the growth rate and the yield. Noticeably, costs are decreased by replacing the octane solvent. With it, the Cu coating is adherent without any pretreatment of the substrate surface! The Co precursor is still necessary to ensure the proper covering of the entire surface, though. In these conditions, and after adjustments of some parameters, the first 60 mmlong waveguides are coated. The thermal cycling resistance is excellent. Therefore, waveguides length is increased to 300 mm, the minimum dimension for the radiofrequency transmission tests (final property) to be correct. The increase of length causes a complex adaptation of the process in order to guarantee the deposition of a uniform coating over the length, in terms of thickness and electrical properties. Radiofrequency tests result in a stationary waves rate < 30 dB, which is acceptable at the industrial level. Yet, losses are too important in comparison with current waveguides, but many proposals are formulated to improve our solution.

Méthodologie de mesures de contraintes avec la méthode multireflection pâturage d'incidence(MGIXD) a été étudié et développé. La géométrie du faisceau parallèle a été appliquée pour mensurationsde stress. Le faisceau incident dans diffractomètres classiques a été collimaté par le miroir Göbel et lesessais de configuration en parallèle ont été effectuées pour Al poudre. Les résultats confirmé que le erreurstatistique et l'erreur d'alignement peuvent être réduits lorsque le miroir Göbel est utilisé. Facteursphysiques ont été prises en compte dans la CSX (analyse aux rayons X du stress): Lorentz - polarisationet facteur d'absorption (LPA) et aussi correction de la réfraction (RC). Les résultats montrent quel'influence de LPA est mineur dans CSX, mais la RC peut influencer de manière significative l'analyse.Dans la thèse de la question de RC a été examiné et comparé avec les approches présentées dans lalittérature. Dans la thèse de deux développements théoriques de la méthode MGIXD ont été présentés: laprocédure de détermination de paramètre c/a et l'influence des défauts d'empilement sur les résultats. Il aété montré que les deux développements améliore de manière significative la qualité de l'analyse desdonnées expérimentales. Dans le présent travail le problème de la X -ray facteurs de stress (XSF) utiliséspour l'interprétation des résultats CSX a été étudiée. Différents modèles théoriques de grains élastoplastiqueinteraction ont été envisagées et appliquées dans la CSX. Vérification de la XSF durant l'essaide traction pour l'échantillon élastique anisotrope (en acier inoxydable austénitique) et pour l'échantillonisotrope (Ti - note2). Anisotropie de XSF a également été observée dans: rectifié alliage Ni, acierinoxydable austénitique poli et revêtement CrN. Les résultats montre que Reuss et modèle de la surfacelibre sont en meilleur accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, la méthode MGIXD a été vérifiée enutilisant le rayonnement synchrotron et 3 longueurs d'onde différentes. La méthodologie a été développéepour traiter les données non seulement pour les différents angles d'incidence, mais aussi en utilisantdifférentes longueurs d'onde simultanément. Contraintes en fonction de «vraie profondeur» a été calculéeen utilisant la transformée de Laplace inverse. Analyse Wiliamson-Hall a été appliquée pour les données.Méthode MGIXD a été appliqué pour les mesures de diffraction de dispersion d'énergie dans lequel lefaisceau blanc a été utilisé: 0,3 à 0,18 Å. L' analyse des contraintes a été effectuée en utilisant troisméthodes différentes : la méthode de sin2ψ norme, la méthode de terrain universelle et en utilisantmultireflection analyse . Dans la gamme de profondeur de pénétration à 0-15 um de la convergence desrésultats obtenus à partir de différentes méthodes a été acquise . En outre, les données de synchrotronparfaitement en accord avec les résultats obtenus en laboratoire sur diffractomètre (rayonnement Cu Ka) àproximité de la surface . Pour profondeur supérieure à 14 um points expérimentaux présentent desvariations importantes et ne sont pas d'accord avec les résultats de la méthode standard.Mots clés : contraintes résiduelles, diffraction des rayons X, méthode de l’incidence rasante, miroir Göbel / Methodology of stress measurements with multireflection grazing incidence method (MGIXD)was investigated and developed. The parallel beam geometry was applied. The incident beam in classicaldiffractometers was collimated by Göbel mirror and the tests of parallel configuration were performed for Alpowder. Results confirmed that both statistical error and the misalignment error can be reduced when theGöbel mirror is used. Physical factors were taken into account in XSA (X-ray stress analysis): Lorentzpolarizationand absorption factor (LPA) and also refraction correction (RC). Results showed that theinfluence of LPA correction is minor in XSA but the RC can significantly influence analysis. In the thesisthe issue of RC was considered and compared with approaches presented in the literature. In the thesistwo theoretical developments of the MGIXD method were presented: the procedure of c/a parameterdetermination and the influence of stacking faults on the results was taken into account. It was shown thatboth developments significantly improves the quality of experimental data analysis. In the present work theproblem of X-ray stress factors (XSF) used for the interpretation of XSA results was studied. Differenttheoretical grain elasto-plastic interaction models were considered and applied in XSA. Verification of theXSF was during tensile test for austenitic stainless steel and for the isotropic sample. Anisotropy of XSFwas also observed in: ground Ni alloy, polished austenitic stainless steel and CrN coating. The resultsshows that Reuss and free surface grain interaction models are in the best agreement with theexperimental results. Finally the MGIXD method was verified using synchrotron radiation and 3 differentwavelengths. The methodology was developed to treat data not only for different incident angles but alsousing simultaneously different wavelengths. Stresses vs. z – ‘real depth’ was calculated using the inverseLaplace transform applied to polynomial function. Wiliamson-Hall analysis was applied for collected data.Next multireflection method was applied for the energy dispersion diffraction measurements in which whitebeam containing radiation having different wavelengths was used (λ (Ǻ): 0.3–0.18/ E (keV): 40-68). Thestress analysis was performed using three different methods: standard sin2ψ method, Universal plotmethod and by using multireflection analysis. In the range of penetration depth to 0-15 μm theconvergence of the results obtained from different methods was gained. Moreover the synchrotron dataperfectly agree with the results obtained on laboratory diffractometer (Cu Kα radiation) close to the surface.For depth larger than 14 μm the experimental points exhibit significant spread and do not agree with theresults of standard method

Cette thèse s'inscrit dans un programme de développement technologique de la Société LEONI. Ce programme de recherche a pour principal objectif de disposer, à l'issue des trois années de l'étude, d'un panel de connaissances scientifiques le plus pertinent possible relatif à la durabilité des faisceaux électriques, et plus particulièrement aux cinétiques de corrosion associées aux assemblages entre des câbles électriques en alliage d'aluminium AA1370 et des pièces de connectique en cuivre pur. La société LEONI souhaite également maîtriser les différentes étapes de fabrication de ces composants. En effet, les propriétés du câble, qui est constitué de fils en alliage d’aluminium AA1370, sont conditionnées par chacune des étapes du procédé de mise en forme de ces fils. Ainsi les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont eu pour premier objectif d’analyser et de quantifier l’influence des différentes étapes de ce procédé de mise en forme sur le comportement en corrosion de l’alliage AA1370 sur la base d’une caractérisation précise de la microstructure du matériau aux différentes étapes du procédé. Les résultats mettent en évidence un couplage « résistance à la corrosion / paramètres microstructuraux critiques » à prendre en considération dans chacune des étapes de fabrication d’un câble en alliage AA1370. Ensuite, le comportement en corrosion d’un câble électrique a été étudié : les processus de corrosion mis en jeu au sein d’un câble constitué d’un nombre important de fils ont ainsi été identifiés, avec en particulier la problématique du confinement de l’électrolyte entre les différents fils du câble. Ces résultats montrent que la connaissance des processus électrochimiques se produisant sur un fil en alliage AA1370 ne suffit pas pour comprendre le comportement en corrosion d’un câble constitué de ces mêmes fils. La géométrie du produit final est un paramètre du 1er ordre. Enfin, le comportement en corrosion d’un assemblage entre un câble en alliage AA1370 et une pièce de connectique en cuivre pur a été étudié à l’aide de techniques de microscopie et d’électrochimie locale afin d’identifier les processus de corrosion mis en jeu lors du couplage galvanique Al/Cu en prenant en compte la géométrie particulière de l’assemblage. L’influence de l’agressivité du milieu sur la durabilité de ces assemblages a été étudiée en combinant l’ensemble des résultats avec ceux obtenus lors d’essais de corrosion industriels. L’étude dans son ensemble a permis de générer des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes de corrosion à l’échelle de l’alliage AA1370 sélectionné mais également à l’échelle de l’assemblage. / This work was performed in the framework of a technological development program with LEONI. The aim of this research program was to provide technical skills and scientific knowledge on the durability in automotive harness environment of a wiring harness; it was focused on the corrosion behavior of an assembly between a AA1370 wire and pure Cu connector. Automotive wires are constituted of small diameter strands which are manufactured following a multistep forming process. Thus, the first objective of this work was to analyze the influence of each step of the forming process on the corrosion behavior of AA1370 alloy. The results show that a « microstructural parameters – corrosion resistance » relationship can be established and must be taken into account in each step of the forming process of a AA1370 strand arm. Then, the electrochemical processes occurring when the wire was exposed to an aqueous environment were investigated using electrochemical impedance measurements. The results show that the corrosion behavior of the wire was controlled by the formation of a confined electrolyte between the strand arms. Therefore the knowledge of the electrochemical processes occurring for AA1370 alloy strands was not sufficient to explain the corrosion behavior of a wire made of the same strands. The investigation of wire specific corrosion behavior showed the benefits to work with a representative geometry of the final product instead of testing single strand alone. Then, the corrosion behavior of the assembly between a AA1370 wire and pure Cu connector was also investigated coupling electrochemical measurements and microscope observations, to identify the corrosion processes involved during Al/Cu galvanic coupling, considering a representative geometry of the assembly. Finally, the results from laboratory tests were compared to those from industrials validation tests in order to study the influence of the environment aggressiveness on the assembly durability. The study led to significant advances in the understanding of the corrosion mechanisms at the alloy scale and also at the assembly scale.

Le principal objectif de cette étude est d'acquérir des données de base sur la dissolution de composés (U,Pu)O2 en appui à la compréhension des phénomènes intervenant lors des étapes de dissolution des combustibles MOX des filières de réacteurs à eaux légères et à neutrons rapides sodium. Les études antérieures, en particulier sur des combustibles MOX non irradiés, ont mis en évidence la complexité d'une compréhension des mécanismes de dissolution par une approche directe. En effet, la dissolution dépend d'un grand nombre de paramètres, qui sont principalement les conditions chimiques d'attaque (acidité, température, ...), mais surtout les caractéristiques physico-chimiques de la pastille considérée (teneur en plutonium, homogénéité de la teneur en plutonium, microstructure, géométrie, ...), la majorité d'entre elles étant fortement dépendantes du procédé de fabrication utilisé. Pour éviter l'obtention de réponses moyennées du fait de la présence d'une hétérogénéité de la répartition en Pu au sein des pastilles, on se propose de réaliser une étude sur des poudres de composés monophasés de stœchiométrie parfaitement définie (U et Pu) et de morphologie parfaitement déterminée. Une approche par étapes a permis de déterminer les différents paramètres clé déterminant les cinétiques de dissolution de ces oxydes d’actinides (surface spécifique, taille des cristallites, teneur en Pu, activité des ions nitrate, température de dissolution, énergie d’activation).Une loi cinétique globale permettant de décrire les cinétiques de dissolution des oxydes U1-xPuxO2 a été établie à partir de 45 essais différents (avec 0≤x≤1). Elle décrit les cinétiques de dissolution obtenues à toutes teneurs en plutonium et morphologies de l’oxyde, dans des gammes de températures variant de 50 à 95°C et des intervalles d’acidités variant de 1,5 à 8,5 mol/L. Le modèle ainsi créé décrit assez précisément la cinétique de dissolution de n’importe quel oxyde U1-xPuxO2 alors qu’il existe plus de cinq ordres de grandeurs d’écart entre les cinétiques de dissolution de l’UO2 et du PuO2. Des essais complémentaires sur des composés monophasés ont été menés validant le caractère prédictif du modèle. / The main objective of this study is to acquire data on the dissolution of (U, Pu)O2 compounds to support the understanding of the phenomena occurring during the dissolution steps of MOX fuels irradiated in light water or sodium fast reactors. Previous studies, in particular on unirradiated MOX fuel, have highlighted the complexity of understanding the dissolution mechanisms through a direct approach. Indeed, the dissolution depends on a large number of parameters, which are mainly chemical dissolution parameters (acidity, temperature…). But it also depends on the physico-chemical characteristics of the fuel pellets (plutonium content, homogeneity of the plutonium content, microstructure, geometry...), a majority of which being highly dependent on the manufacturing process used. To avoid getting averaged responses due to the presence of heterogeneity in the Pu distribution in pellets, it is proposed to carry out a study on single-phase compounds in the shape of powders characterized by a well-defined stoichiometry (U and Pu) and a perfectly determined morphology. A step approach allowed the determination of the key parameters controlling the dissolution kinetics of these actinide oxides (specific surface area, crystal size, Pu content, activity of nitrate ions, dissolution temperature).A global kinetics law describing the dissolution kinetics of U1-xPuxO2 oxides was established from 45 dissolution tests (with 0≤x≤1, [HNO3] and temperature ranging from 1.5 to 8.5M and from 50 to 95°C respectively). Despite the 5 orders of magnitude between dissolution kinetics of UO2 and PuO2, the model shows a good precision. Additional dissolution tests were conducted on different single-phase oxide powders to validate the predictive quality of this model.

Une assemblée d’objets solides de taille typique d’une fraction de millimètre n’est pas sensible à l’agitation thermique. En effet, ces éléments sont trop massifs pour être mis en mouvement par le chaos moléculaire. Cependant, un tel empilement est susceptible de se réorganiser sous la seule influence des variations de température ambiante. Ces dernières induisent des changements de longueur certes relativement petits (coefficient de dilatation typique de l'orde de 10-5 K-1) mais, compte tenu de la rigidité de ces matériaux (module d’Young de l’ordre de 1011Pa), les déformations associées sont suffisantes pour créer des efforts capables de déplacer des grains de manière irréversible. Nous étudions expérimentalement la compaction d’une colonne de billes de verre soumise à des cycles de température. Imposer les variations de température par un fil tendu placé au centre de la colonne et alimenté par un courant sinusoïdal de fréquence assez haute permet de minimiser les effets de la dilatation du récipient. La dynamique du système est étudiée en fonction des caractéristiques du chauffage et des conditions mécaniques. Par ailleurs, d'un point de vue théorique, nous nous intéressons aux effets des variations de température sur un système discret modèle, des patins liés par des ressorts en contact frictionnel avec un plan incliné. Nous étudions l’influence de l’angle d'inclinaison et des caractéristiques des variations de température sur la reptation du système. Nous observons que proche d’une amplitude critique, entre mouvement et arrêt du système, ce dernier exhibe une dynamique intermittente. / An assembly of solid objects of typical size, a fraction of a millimeter is not sensitive to thermal agitation. Indeed, these elements are too massive to be moved by the molecular chaos. However, such a stack is likely to reorganize under the influence of ambient temperature variations. The latter lead to changes in length relatively small (coefficient of expansion typical of order 10-5 K-1), but, due to the rigidity of these materials (Young's modulus of about 1011Pa) deformations associated are sufficient to create stresses capable of moving grain irreversibly.We study experimentally the compaction of a column of glass beads subjected to temperature cycles. The temperature variations imposed by a stretched wire placed at the center of the column supplied by a high frequency sinusoidal current minimize the effects of expansion of the container. The dynamic of the system is studied for different heating and mechanical conditions.Moreover, from a theoretical point of view, we consider the effects of temperature variations on a discrete model system, sliders connected by springs in frictional contact with an inclined plane. We study the influence of the inclination angle and the characteristics of temperature variations on the creep of the system. We observe that close to a critical amplitude, between motion and rest, the system exhibits an intermittent dynamic.

Le processus de conception d’un multimatériau impliquant à la foisl'architecture et les matériaux représente une tâche difficile en raison du nombre élevé deconfigurations possibles. Ce processus oblige les concepteurs d'une part à développer desapproches nouvelles, mais aussi à développer de nouveaux outils. Ainsi ce travail proposeune nouvelle méthode pour la conception de matériaux architecturés. Un matériauarchitecturé, ou multimatériau, peut être défini par son architecture, ses matériauxconstitutifs associés à leurs fractions volumiques et la nature de leurs interfaces. Laconception d'un multimatériau est basée sur le choix de nombreux paramètres aussi bienquantitatifs que qualitatifs. Dans ce travail, la méthode de conception proposée permetune sélection simultanée des architectures et des matériaux. Celle-ci est axée autour del'association d'une base de données d’architectures élémentaires et d’une base de donnéesde matériaux. La recherche de solutions est basée sur une méthode hybride utilisant unalgorithme génétique et un algorithme de programmation sous contraintes. La méthodehybride permet la définition de solutions intégrant des paramètres géométriques optimisésen réponse aux astreintes du cahier des charges. Ce travail a été réalisé au sein du projetMUJU (Mutimaterial mUltiphysics JUnction) financé par l'Agence Nationale de laRecherche. Le travail développé a ainsi été appliqué à la conception de packaging del’électronique embarquée. Actuellement fabriqué en alliage métallique, ce packaging utilisédans l'aéronautique doit satisfaire à la fois des contraintes thermiques, mécaniques etélectriques. Les solutions obtenues ont permis un gain de masse de 20 à 40% tout enassurant des performances équivalentes. / The design process involving both the architectures and the materialsrepresents an hard task mainly because of the high number of possible configurations.This issue requires the development of new approaches and new tools. In this study, a newstrategy for the design of architectured materials is proposed. An architectured material,or multimaterial, can be defined by its architecture, its components and their volumefractions, and the nature of the interface between them. The design of a multimaterial isbased on the analysis of numerous quantitative and qualitative parameters. In this study,a multimaterial design method allowing a simultaneous selection of architectures andmaterials was developed. This work deals with the association of a database of elementaryarchitectures and a database of materials. The search of solutions is based on an hybridmethod using genetic algorithm and constraint programming algorithm. This hybridmethod allowed the definition of solutions, with optimal geometrical parameters in answerto the specifications requirements. This study was carried out within the MUJU project(Mutimaterial mUltiphysics JUnction) framework supported by the National ResearchAgency. The developed method was applied to the design of heat sink in embeddedelectronic packaging for aeronautic. Currently made of metallic alloy, the packaging mustsimultaneously satisfy thermal, mechanical and electrical constraint. The achievedsolutions allowed a weight saving lies in the range 20 to 40% while keeping the sameperformance.