Depuis l'arrêt définitif des essais nucléaires, la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA s'appuiesur le triptyque modélisation physique - validation expérimentale - simulation numérique pour comprendre,prévoir et garantir le fonctionnement des armes nucléaires. Parmi les grands équipements contribuant à lavalidation des modèles physiques implémentés dans les logiciels de calcul, le Laser MegaJoule permetd'étudier expérimentalement des phénomènes de même nature que ceux intervenant dans les armes. La familled'objets expérimentés sur cette installation est dénommée « microcibles laser». Les microballons intégrés dansces microcibles sont caractérisés par des techniques de radiographie X. Les brusques variations de niveau degris observées sur les clichés X de microballons témoignent de la 'présence d'un phénomène de contraste dephase, contraste s'ajoutant au contraste d'absorption. L'information contenue dans ce phénomène est utiliséepour une détection de contours du microballon radiographié. Les points trouvés lors de la détection de contourssont alors utilisés par un algorithme d'estimation des défauts de formes des surfaces des microballons. Uneétude paramétrique permet d'identifier le nombre de clichés nécessaire à l'estimation des défauts de forme enfonction du nombre de modes souhaités. L'incertitude de la méthode d'estimation est calculée permettant lacaractérisation complète du microballon. / Since 1996, the CEA's Military Applications Division (DAM) guaranties the reliability and safety of Frenchnuclear warheads without conducting any further nuclear test. It relies particularly on major facilities forvalidating the equations used to model the functioning of nuclear weapons. Among them, the Megajoule Laser(LMJ) allows studying experimentally, as "laboratory" measurements, representative phenomena gatheringtime·scale and space distribution of extreme temperature and pressure conditions. These experiments are ledwith millimetric objects named microshells. Before experimenting them, these microshells are characterizedusing X·rays technics. On the radiographies, one can observe straight gray level variations which are generatedby the phase contrast phenomenon added to x·rays absorption contrast. Information included in this formercontrast is used to sharply determine microshell's edges. The delimiting points of these edges are thenintegrated as input data to compute microshell's surface form defects. A study is also led to determine theoptimized number of radiographies needed for estimating the search defect modes. Measurement uncertainty isfinally evaluated, thus giving a complete microshell's characterization.

Le but de cette thèse est l’étude du système électrochimique or-cuivre en milieucyanure, la finalité étant la réalisation de microballons en or-cuivre de 800 μm de diamètre etd’épaisseur 20 à 40 μm. La composition, la microstructure ainsi que la rugosité doivent êtreparfaitement maîtrisées. La technique utilisée pour réaliser ce type d’objet est le dépôtélectrolytique en milieu cyanure.Dans un premier temps, l’influence des principaux paramètres d’élaboration(température de l’électrolyte, agitation, etc.) a été étudiée. Cette première étude a permis deréaliser des alliages d’or-cuivre de 5 μm d’épaisseur sur substrat plan de différentescompositions. En effet, il a été montré que la teneur en cuivre des dépôts augmente lorsque lepotentiel de réduction appliqué croît. Une augmentation du taux de cuivre modifie lesmécanismes de germination et de croissance des dépôts, ce qui a pour effet de diminuer lataille de grains et de modifier la microstructure. Ainsi, plus le dépôt est riche en cuivre, plus lataille de grains est faible et plus la structure est colonnaire, nodulaire voire dendritique.Des dépôts de 20 μm d’épaisseur ont ensuite été effectués sur substrat plan.Conformément à ce qui est décrit dans la littérature, ces dépôts se sont avérés très difficiles àréaliser en raison de l’apparition de nodules et de dendrites lorsque l’épaisseur augmente. Deplus, pour des épaisseurs supérieures à 10 μm, les dépôts sont alors constitués uniquementd’or, le cuivre n’étant plus réduit. Le changement de structure en cours de dépôt s’expliquepar l’inhibition de croissance engendrée par le cyanure libre. En effet, au cours de la réductionde l’aurocyanure et du cuprocyanure, du cyanure libre est libéré à la cathode. Ce cyanure libreinhibe la croissance latérale et promeut la croissance tridimensionnelle dite « instantanée »,provoquant l’apparition de nodules et de dendrites. Quant à l’appauvrissement en cuivre dudépôt, il s’explique également par la présence de cyanure libre à la cathode qui génère descomplexes cuprocyanure d’ordre 4. Les complexes d’ordre 4 possèdent une énergied’activation supérieure et un coefficient de diffusion plus élevé que les complexes d’ordre 3,d’où l’appauvrissement en cuivre du dépôt.Suite aux études électrochimiques, un modèle a été établi permettant d’expliquerl’influence du cyanure libre sur l’électrocristallisation des alliages d’or-cuivre. Ce modèle apermis de mettre en place des solutions visant à limiter l’inhibition électrochimique et ainsioptimiser les propriétés des alliages or-cuivre obtenus.L’une des solutions mises en place est l’application d’un champ ultrasonore pendant ledépôt. La cavitation générée par les ultrasons permet en effet d’évacuer le cyanure libre de lasurface de la cathode et d’optimiser le processus d’électrocristallisation. Ainsi, des dépôtsd’or-cuivre sur microballons ont été réalisés en présence d’ultrasons. Les analyses MEB etEDX de ces microballons montrent qu’il est possible d’obtenir des dépôts de 20 à 40 μmd’épaisseur de composition maitrisée. Les dépôts analysés ne présentent aucun gradient deconcentration dans l’épaisseur et il est ainsi possible de réaliser des alliages d’or-cuivrecontenant jusqu’à 45 %m de cuivre. Les dépôts réalisés présentent une structure lisse(80 ≤ Ra ≤ 230 nm) et compacte, et cela quelle que soit la concentration en cuivre. Quant à lamicrodureté de ces dépôts sur microballons, elle est fonction de la taille de grains (relation deHall-Petch) et donc de la concentration en cuivre du dépôt. / The aim of this PhD Thesis is to study the gold-copper cyanide electrochemicalsystem and finally to realize gold-copper microspheres with a diameter of 800 μm and athickness between 20 and 40 μm. The composition, the microstructure and the roughness ofthese shells must be perfectly controlled. To synthesise such a material, electrodepositionfrom a gold-copper alkaline cyanide bath has been chosen.Initially, the influence of the principal electrochemical parameters (temperature of theplating bath, stirring, etc.) was studied. This study showed that it is possible to realize5 μm thick gold-copper alloys with various compositions. Actually, it was shown that thecopper content of deposits varies with the applied potential. When increasing the coppercontent of coatings, the nucleation and growth mechanisms change. As a result, the grain sizeand the microhardness of the coatings are modified. An increase in the copper content reducesthe grain size witch increases the microhardness until a critical grain size of 6 nm. Thisincrease of copper content also affects the microstructure: columnar, nodular even dendriticalstructures were observed.Then, 20 μm thick gold-copper coatings were realized using the same electrochemicalparameters. As expected, these coatings were very difficult to plate because of the instabilityof the electrocrystallization process resulting in the development of columnar and nodularstructures. Moreover, for thicknesses above 10 μm, all deposits are free from copper. Themicrostructure change of deposits can be explained by inhibition phenomena generated byfree cyanide. Actually, the reduction of gold-copper generates free cyanide at the cathodesurface which inhibits the electrocrystallization and promotes instantaneous nucleation. Thisproduction of free cyanide also modifies the electrolyte chemistry promoting the formation ofCu(CN)43- instead of Cu(CN)32-. Cu(CN)43- complexes have lower diffusion coefficients andhigher activation energy witch explains why copper content reduces when increasing thethickness of deposits.Then a model was established which explains the influence of free cyanide on thegold-copper electrocrystallization. This model permitted to develop solutions in order to limitthe inhibition phenomena and to optimize the electrocrystallization of gold-copper.One of the solutions developed is the application of an ultrasonic field. The cavitationgenerated by the ultrasonic field eliminates the free cyanide from the cathode surface andoptimize the electrocrystallization process. Gold-copper deposits on shells were then platedunder sonication. SEM and EDS results show that it is possible to make 20 to 40 μm thickcoatings with a controlled composition. All the coatings plated under sonication were smooth(80 ≤ Ra ≤ 230 nm) and compact for various copper contents. The microhardness of thesecoatings varies with grain size (Hall-Petch relation) which depends of copper content.

Ce travail porte sur le processus de fabrication de microballons en mousse basse densité et le contrôle fin de leur forme (diamètre, épaisseur, densité, sphéricité, non-concentricité). Durant cette thèse nous nous sommes concentrés sur le critère de non-concentricité qui doit être inférieure à 1%. Les microballons sont synthétisés en utilisant un procédé de microencapsulation conduisant à une émulsion double, suivie d'une polymérisation thermique à 60°C. Selon la littérature, trois paramètres majeurs, la densité des trois phases, les déformations du microballon pendant le procédé et la cinétique de polymérisation ont une influence directe sur la non-concentricité des microballons. Les résultats obtenus ont montré que lorsque l'écart de densité entre la phase aqueuse interne et la phase organique augmente, la non-concentricité des microballons TMPTMA s'améliore. Un écart de densité de 0,078 g.cm-3 à 60°C conduit à une non-concentricité moyenne de 2,4% avec un rendement en microballons de 58%. Il a également été montré que la synthèse peut être considérée comme reproductible. Pour une même phase aqueuse interne, les résultats de non-concentricité sont équivalents en utilisant soit un tube droit, un tube à étranglement ou un serpentin court. Le temps requis pour fixer la forme des microballons est d'au moins 20 minutes avec la polymérisation thermique. Ainsi, il semble que le temps passé par les microballons à l'intérieur des bouteilles de réception permet le centrage de la phase aqueuse interne à l'intérieur de la phase organique, quel que soit le processus de circulation précédemment utilisé. Afin d'obtenir des vitesses de polymérisation plus élevées et d'éviter les phénomènes de déstabilisation, nous avons alors concentré notre étude sur la photopolymérisation. Lorsque la synthèse est effectuée en utilisant une lampe UV avec une intensité lumineuse efficace, les microballons ont une épaisseur légèrement supérieure à celle des microballons synthétisés par voie thermique. Par ailleurs, un rendement plus élevé, environ 80%, est obtenu avec la polymérisation UV. Toutefois, la non-concentricité moyenne des microballons synthétisés est environ de 20%, ce qui est vraiment élevé par rapport à la non-concentricité moyenne de 2,4% obtenue par polymérisation thermique. Il serait intéressant d'exposer les microballons à la lumière UV, à différents moments après la collecte afin d'étudier l'influence du temps d'agitation sur la non-concentricité des microballons. / This work deals with the fabrication process of low density foam shells and the sharp control of their shape (diameter, thickness, density, sphericity, non-concentricity). During this PhD we focused on the non-concentricity criterion which has to be lower than 1%. The shells are synthesized using a microencapsulation process leading to a double emulsion and followed by a thermal polymerization at 60°C. According to the literature, three major parameters, the density of the three phases, the deformations of the shells along the process and the kinetics of the polymerization have a direct influence on the shells non-concentricity. The results obtained showed that when the density gap between the internal water phase and the organic phase increases, the TMPTMA shells non-concentricity improves. A density gap of 0.078 g.cm-3 at 60°C, leads to an average non-concentricity of 2.4% with a yield of shells of 58%. It was also shown that the synthesis process can be considered as reproducible. While using the same internal water phase, equivalent non-concentricity results are obtained using either a straight tube, a tube with areas of constriction or a short wound tube. The time required to fix the shell’s shape is at least 20 minutes with thermal polymerization. So, it seems that the time spent by the shells inside the rotating flask allows the centering of the internal water phase inside the organic phase, whatever the circulation process used. In order to get higher polymerization rates and to avoid destabilization phenomena, we then focused our study on photopolymerization. When the synthesis is performed using a UV lamp with an efficient light intensity, the shells have a slightly higher thickness than the shells synthesized by thermal polymerization. Moreover, a really higher yield, around 80%, is achieved with UV polymerization. However, the average non-concentricity of the shells synthesized lays around 20%, which is really high compared to the 2.4% average non-concentricity obtained with thermal polymerization. It would be interesting to expose the shells to UV light at different times after collection in order to study the influence of the agitation time on the shells non-concentricity.