Ce travail porte sur l'amélioration de la méthode de la grille afin de mesurer avec de meilleures performances métrologiques des champs de déformation en surface d'éprouvettes soumises à des sollicitations mécaniques. Une procédure d'obtention directe des déformations à partir d'images de grilles a été proposée dans ce but. L'influence des défauts de la grille a également été caractérisée et une procédure adaptée a été développée pour l'éliminer. Les outils proposés ont été appliqués dans le cas de grilles unidirectionnelles et croisées. Les performances métrologiques ont été estimées avec des essais adaptés. Enfin, la méthode a été appliquée à un essai sur un multicristal d'aluminium, montrant ainsi sa mise en oeuvre dans un cas complexe de caractérisation de comportement de matériau

Jusqu'ici, la modélisation du comportement mécanique d'un acier inoxydable duplex n'a été entreprise qu'à l'aide de modèles phénoménologiques (Aubin01), qui ne prennent pas en compte le caractère biphasé du matériau, et polycristallin de chaque phase. De plus, l'identification des paramètres matériau nécessite une large base d'essais. Ceci a motivé le développement d'un modèle muti-échelles polycristallin biphasé.<br />Deux modèles de la littérature sont étendus à l'acier duplex. Les comportements des grains austénitiques et ferritiques sont décrits via des lois de plasticité cristallines. L'identification des paramètres matériau ne demande que deux essais mécaniques simples et des données de la littérature. Les modèles proposés rendent bien compte des premières boucles d'hystérésis d'essais de traction-compression/torsion non-proportionnels et de l'évolution des surfaces de plasticité.<br />Puis, l'adoucissement cyclique a été expliqué à partir d'analyses MET. Celles-ci ont montré que les deux phases participent à l'adoucissement cyclique. Cependant, dans une première approche, seul le réarrangement des dislocations en zones dures et molles dans les grains ferritiques a été modélisé. Les résultats montrent que le nouveau modèle prédit bien le durcissement et l'adoucissement cyclique, et les boucles d'hytérésis au cycle stabilisé.<br />Enfin, les champs cinématiques issus d'un calcul de microstructure ont été comparés à ceux mesurés (El Bartali07). Une bonne concordance est observée suite à un trajet de traction monotone, l'écart est plus important pour un trajet de traction-compression.

La Magnéto-Impédance Géante (GMI pour Giant Magneto-Impedance) présente un certain nombre d’avantages, tels la haute sensibilité, la haute résolution de détection, la large bande passante et la flexibilité de l’élément sensible qui rendent cette technologie très prometteuse pour la réalisation de capteurs de courant flexibles, sans contact, capables de mesurer à la fois les courants continus (DC) et alternatifs (AC).Ce travail de thèse vise à explorer la faisabilité d’un capteur de courant flexible à base de GMI, en portant une attention particulière sur l’impact des paramètres d’influence qui conditionnent largement les solutions de mise en œuvre du capteur.Les effets de la température et des contraintes mécaniques de flexion et de torsion, qui s’appliquent dans un environnement de mesure réel, sont caractérisés en prenant en compte les grandeurs intrinsèques du fil nécessaires à la réalisation d’un capteur industriel. L’impact de la mise en œuvre et du conditionnement électronique vis-à-vis de ces grandeurs d’influence est aussi étudié. Les effets des perturbations magnétiques externes et de l’excentration du conducteur sous test dans la boucle de mesure sont quantifiés et une solution de blindage est proposée. Enfin, le prototype de capteur obtenu à l’issue de ces travaux est présenté, ainsi que ses performances, en dégageant les pistes d’optimisation et d’amélioration. / The GMI effect displays several advantages, such as high sensitivity, high detection resolution and bandwidth, and mechanical flexibility. These advantages predispose this technology to the implementation of flexible contactless current sensors measuring both DC and AC currents.This thesis work aims at exploring the feasibility of a flexible GMI current sensor. A particular attention to the impact of influence parameters which largely condition the design solutions of the sensor has been paid.The effects of temperature and mechanical constraints such as bending and torsion, which apply in a real measuring environment, are characterized by taking into account the intrinsic features which are necessary to the design of the sensor. The impact of the general measuring configuration and electronics are also studied. The effects of magnetic disturbances and of the position of the current-carrying conductor in the measuring loop are quantified and an adequate shielding method is proposed. Finally, the sensor prototype obtained at the end of this work is described with its performances and the possible optimization and enhancement ways.

Le potentiel de la GMI a été exploré pour la réalisation d'un capteur magnétique de mesure du courant électrique. Une partie notable de ce projet a été consacrée à l'investigation de l'électronique de conditionnement du capteur, notamment, l'électronique d'excitation de l'élément sensible et l'électronique de détection de la variation de la tension à ces bornes. Une nouvelle solution d'oscillateur numérique précis, stable et de haute fréquence a été proposée. Un convertisseur tension-courant basé sur la source de Howland a été associé à cet oscillateur. Pour la détection, des technologies innovantes et prometteuses, tel que le détecteur RMS-DC pour les mesures précises, ont été proposées. Un conditionnement électronique permet d'utiliser ce détecteur pour la démodulation des signaux alternatifs. Une approche originale de détecteur d'amplitude sans seuil utilisant un amplificateur limiteur a été développée. Ces technologies ont été intégrées avec succès dans un capteur de courant électrique. / A GMI current sensor was designed. This study was devoted to the investigation of the electronic conditioning of the sensor. An accurate, stable and high frequency digital oscillator was developed. A voltage-to-current converter based on the Howland source was associated to this oscillator. An innovative and promising technology for precise measurements was proposed: the RMS-DC detector. This detector was conditioned for demodulating AC signals. Also an original approach of an amplitude detector using a limiting amplifier was developed. These technologies have been successfully integrated into a GMI current sensor.

Ce travail porte sur les techniques de mesure des champs en cavité électromagnétique et plus précisément en chambre réverbérante. En raison de la perturbation induite sur la distribution du champ au sein d'une cavité résonante par la présence d'un objet, les techniques de mesure de champ classiques utilisant une antenne souffrent d'une précision limitée. Par conséquent, nous proposons une nouvelle technique de mesure de la distribution du champ électrique basée sur la théorie des perturbations. Elle consiste à mesurer les variations de la fréquence de résonance de la cavité pour chaque position de l'élément perturbateur introduit dans la cavité, puis à en déduire la variation de l'amplitude du champ électrique. Le choix de la forme de l'objet perturbateur, de ses dimensions et de son matériau constitutif est effectué à partir des résultats des simulations et des mesures dans un cas canonique, de façon à adapter le banc de mesure au cas étudié. Cette technique de mesure est ensuite appliquée avec succès au cas d'une chambre réverbérante équipée d'un brasseur de modes, ainsi qu'à des mesures de champ à l'intérieur d'un boitier inséré dans la cavité. Cette approche a permis, via un post-traitement basé sur l'utilisation de l'algorithme MUSIC, de déterminer avec une grande précision les directions d'arrivée des champs dans la chambre réverbérante / This work deals with field measurement techniques in large electromagnetic enclosures namely reverberation chambers. Due to the perturbation of the field distribution within a resonant cavity due to the presence of an introduced object, conventional field measurement techniques employing an antenna suffer from a limited accuracy. Therefore we propose a new measurement technique of the electric field distribution based on the perturbation theory; it consists of a measure of the cavity resonant frequency variation when displacing a small perturbing object within the cavity, and leads to the electric field distribution. The choice of the perturbing object shape, dimension and material is discussed with the help of simulation and measurement results in a canonical case in order to adapt the measurement setup to the studied case. This technique is then successfully employed in a reverberation chamber equipped with a mode stirrer, as well as to measure the field within a metallic box placed in the cavity. Using a post-processing based on MUSIC algorithm, this approach has permitted to determine accurately the field directions-of-arrival in the reverberation chamber

Les diélectriques solides sont les éléments constitutifs de base des isolants utilisés dans les composants ou les systèmes du génie électrique et de l'électronique de puissance. Principalement à cause des tendances à la miniaturisation, ces isolants sont soumis à des contraintes sans cesse croissantes (électriques, mécaniques et thermiques) qui peuvent dégrader ou induire un vieillissement prématuré des diélectriques. Ceci peut conduire à la défaillance ou à un claquage de la structure, phénomènes qui l'on doit prendre en compte et étudier. De manière plus précise, la charge globale stockée à l'intérieur du matériau diélectrique, généralement dénommée charge d'espace, est directement liée à ces processus de dégradation. Ainsi, il devient alors nécessaire d'analyser le comportement de la charge d'espace lorsque le matériau est contraint dans des conditions proches d'un environnement réel d'utilisation. Parmi les techniques existantes, la (F)LIMM est une méthode thermique dédiée à l'analyse de la charge d'espace dans des fines couches diélectriques (avec une épaisseur comprise entre 5µm et 50µm), avec la possibilité de réaliser des cartographies en 3-D lorsque le faisceau laser est focalisé à la surface de l'échantillon étudié. Les premières caractérisations par cette technique étaient liées à la détermination de la distribution de la charge d'espace dans des films minces qui avaient été préalablement soumis à un champ électrique continu, puis analysés hors tension (volt-off). Cette procédure dite " off-line ", et mise en œuvre pendant la dépolarisation de l'échantillon, est restée longtemps la seule façon d'analyser la charge d'espace. De nouveaux développements sont devenus nécessaires plus récemment pour apporter des réponses au domaine industriel pour lequel une caractérisation du comportement dans des conditions d'utilisation réelles faisait défaut. Dans ce but, une version " sous tension " ou " on-line " du banc expérimental (F)LIMM conventionnel a été développée. Ainsi, la mesure du courant (F)LIMM se réalise maintenant de manière simultanée à l'application d'un champ électrique continu externe sur l'échantillon. Outre la mesure in-situ et l'analyse sous tension, ces nouveaux développements présentent un avantage supplémentaire consistant en la possibilité d'évaluer et de calibrer les profils de température. Dans ce travail, les modifications expérimentales réalisées sur le banc test de mesure sont tout d'abord détaillées et validées. Puis, la procédure de calibration du model thermique proposé est expliquée et testée. Ainsi, la simulation les courants (F)LIMM devient possible et l'on constate une bonne adéquation avec les courants expérimentaux enregistrés. Enfin, quelques applications à des films polymères minces en PEN et en PP sont décrites. Les résultats obtenus prouvent alors que ces évolutions expérimentales et théoriques sont efficaces pour l'étude du comportement de la charge d'espace " sous tension ". / Solid dielectrics are basic elements of most insulations used in devices or systems in electrical engineering or in power electronics. Mainly due to current trends in downsizing, these insulations being subjected to increasing stresses (electrical, mechanical or thermal) may degrade and age dielectrically. This may lead to failure and breakdown, which have to be addressed. More specifically, the global charge store inside the dielectric and generally called space charge is directly linked to these degradation processes. It is therefore necessary to analyze this space charge behavior when the material is at the same time stressed under conditions close to those of the real environment of use. Among many existing techniques, the (F)LIMM is a thermal wave method dedicated to the space charge analysis of thin dielectric films (with a thickness from 5µm to 50µm), with a possibility of 3-D cartographies when the beam is focused onto the sample under study. Its first characterizations were related to the determination of the space charge distribution in thin films that were first submitted to an external DC field and next analyzed in a volt-off way (no voltage applied). This off-line procedure remained the only way of space charge investigations for quite a while. New developments became necessary in order to provide answers to the industry for which a characterization close to the actual conditions of use was lacking. For this purpose, an on-line version of the conventional (F)LIMM set-up was developed. It allows a measurement of the (F)LIMM current when simultaneously a DC bias field is applied to the sample. This development presents, apart from allowing an in-situ and on-line analysis, another important advantage, namely the possibility for assessing or calibrating the temperature profile. In this work, the experimental modifications made to the measuring test rig are first detailed and validated. Then, the calibration procedure of the thermal model developed is explained and tested. As a consequence, the possibility of simulating the (F)LIMM currents is possible and shows a very good agreement with the experimental registered ones. Finally, some applications to PEN and PP polymer thin films are described and results got prove the efficiency of these new developments for space charge on-line investigation.

Les radars millimétriques en bande W (75-110 GHz) sont en plein essor, grâce notamment aux progrès des circuits intégrés, permettant de réaliser des systèmes compacts à bas coût et haute résolution due à la courte longueur d’onde. Dans un premier temps, ces systèmes ont été utilisés à des fins de détection et de localisation, avec à terme, pour objectif l’identification. Ainsi, des systèmes d’imagerie radar ont été développés, notamment grâce à l’imagerie qualitative, basée par exemple sur l’imagerie radar par synthèse d’ouverture (SAR). Cependant, afin de reconstruire les propriétés électromagnétiques des objets pour une identification complète, il est nécessaire de développer des algorithmes de reconstruction quantitatifs. Le travail présenté dans ce manuscrit est de poser les bases d’un système d’imagerie qualitative et quantitative en gamme millimétrique pour la détection et l’identification des objets sur les pistes d’aéroport par tomographie, tenant compte de la polarisation de l’onde incidente. Au cours de cette thèse, un outil de simulation permettant de la résolution des problèmes direct et inverse, pour les deux types de polarisation à deux dimensions 2D-TE et 2D-TM, basé sur la méthode des moments (MoM) a été développé. La première étape a consisté en la validation du problème direct en effectuant des comparaisons numériques avec des solutions analytiques pour des cibles canoniques. Ensuite, des mesures expérimentales ont été effectuées et comparées aux résultats numériques. Enfin, les résultats des reconstructions obtenus ont permis de valider l’algorithme de reconstruction 2D développé pour l’imagerie quantitative. / Millimeter-wave radar systems in W-band (75-110 GHz) are booming, due to advances in integrated circuits, allowing the fabrication of low-cost and high-resolution compact systems, thanks to the short wavelength. First, these systems were used for detecting and localizing purposes, with the aim of identification. Thus, imaging radar systems have been developed, especially using qualitative imaging, based for example, on Synthetic Aperture Radar (SAR). Nevertheless, in order to reconstruct the electromagnetic properties of objects, for a complete identification, we must develop quantitative reconstruction algorithms. The work presented in this manuscript is to give the basis of a qualitative and quantitative millimeter wave imaging system for detecting and identifying foreign debris on airport runways using tomography, taking into account the polarization of the incident wave. In this thesis, a simulation tool for solving forward and inverse problems, for the two-dimensional polarization cases 2D-TM and 2D-TE, based on the method of moments (MoM) has been developed. The first step was to study the validation of the direct problem by comparing numerical results with analytical solutions for canonical targets. Then, experimental measurements have ben carried out and compared with numerical results. Finally, reconstruction results obtained have validated the reconstruction algorithm developed for quantitative imaging.

Cette étude porte sur l'application des techniques de mesure optiques pour la caractérisation mécanique des organes biologiques. Deux voies ont été explorées : la réalisation de maillages en éléments finis et la mesure de déformations planes. Les maillages en éléments finis peuvent être réalisés à partir du relief des organes. Nous avons alors développé une technique de projection de réseaux de traits. Afin d'améliorer l'exactitude, l'analyse des réseaux s'effectue par des techniques de décalages de phases. Une procédure de calibrage du montage a été spécialement développée. La mesure des déformations sur de la peau a été effectuée par une extension de la technique de suivi de marqueurs. Afin de voir l'ensemble des phénomènes mécaniques qui régissent ce tissu, nous avons réalisé des essais de traction simple, de relaxation, de traction à accélération constante et de traction biaxiale. Le caractère viscoplastique de la peau et l'orthotropie de sa structure ont été ainsi mis en évidence.

Lors de la réalimentation des auxiliaires d'une tranche nucléaire, l'étape la plus à risque est la remise sous tension brusque du transformateur à cause des surtensions. Dans un soucis perpétuel d'amélioration de la modélisation de ces transitoires, les modèles et techniques doivent évoluer. Le but de ces travaux de thèse est de proposer de nouvelles méthodologies permettant d'évaluer les paramètres mal connus de la modélisation. Lors des mises sous tension des lignes électriques, une méthodologie s'appuyant sur l'identification (optimisation ou techniques issues du traitement du signal) permet de déterminer les paramètres variables de la modélisation. Cependant, un des paramètres influents pour les surtensions est le flux rémanent. Face aux problèmes actuels rencontrés pour l'estimer (méthode non directe, dérive, ...), une nouvelle méthode basée sur la mesure des flux de fuites du circuit magnétique est proposée. Des mesures réelles utilisant des capteurs de technologie " fluxgate " sont réalisées et permettent d'estimer le flux rémanent.

Lors de la réalimentation des auxiliaires d'une tranche nucléaire ou hydraulique, l'étape la plus à risque est la remise sous tension brusque du transformateur à cause des surtensions et courants d'appels générés. Ces phénomènes transitoires engendrent des effets très indésirables autant pour le réseau comme pour le transformateur (efforts électrodynamiques sous les bobinages, vibration du circuit magnétique, bruit et vieillissement prématuré du transformateur.) Le but de ces travaux de thèse est de proposer de nouvelles méthodologies permettant d'évaluer les paramètres mal connus (les valeurs des flux rémanents présents dans le circuit magnétique du transformateur avant sa mise sous tension). Face aux problèmes actuelles pour l'estimer (méthode non directe, dérive, imprécision de la mesure de la tension, etc.), deux nouvelles méthodes basées sur la magnétisation préalable du circuit magnétique (méthode de prefluxing) et sur la mesure des flux de fuites du circuit magnétique (méthode de mesure directe de flux par mesure de l’induction magnétique) sont proposées. / During the re-energization of the auxiliaries of a nuclear or hydraulic power plant, the most dangerous step is the re-energization of the power transformer, because of the temporary overvoltage and inrush currents. These transients phenomenon causes undesirable effects for both network and for the power transformer (electrodynamic forces over the windings, the magnetic circuit’s vibration, noise and the premature aging of the transformer). The goal of these thesis is to suggest new methodologies allowing us to evaluate unknown parameters (the residual flux’s values in the magnetic circuit before transformer’s energization). According to the latest problems in order to evaluate it (no direct method, derivation, voltage measurement error, etc) two new methods based on the previous magnetization of the magnetic circuit (prefluxing method) and on the leakage flux measurement of the magnetic circuit (direct measurement of the flux by measuring the magnetic induction method) are proposed.