Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: The slip synchronous-permanent magnet generator (SS-PMG) is a direct-driven, direct-to-grid generator for wind turbine applications. This investigation focuses on achieving automated grid connection and low voltage ride-through for a small-scale SS-PMG. To reduce cost and complexity, components such as blade pitch controllers and frequency converters are avoided. Instead, electromagnetic braking is employed to control turbine speed prior to grid synchronisation and compensation resistances are used to facilitate grid fault ride-through. The conditions under which the SS-PMG can be successfully synchronised with the grid are determined, indicating a need for speed control. An evaluation of electromagnetic braking strategies reveals that satisfactory speed control performance can be achieved when employing back-to-back thyristors to switch in the braking load. Simulations show that controlled synchronisation can be executed successfully under turbulent wind conditions. All controllable parameters are held within safe limits, but the SS-PMG terminal voltage drop is higher than desired. Compensation is developed to allow the SS-PMG to ride through the voltage dip profile specified by the Irish distribution code. It is found that a combination of series and shunt resistances is necessary to shield the SS-PMG from the voltage dip, while balancing active power transfer. The flexibility offered by thyristor switching of the shunt braking load is instrumental in coping with turbulent wind conditions and unbalanced dips. The South African voltage dip profile is also managed with conditional success. Following on from the theoretical design, the grid connection controller is implemented for practical testing purposes. Protection functions are developed to ensure safe operation under various contingencies. Before testing, problems with the operation of the thyristors are overcome. Practical testing shows that grid synchronisation can be undertaken safely by obeying the theoretically determined conditions. The speed control mechanism is also shown to achieve acceptable dynamic performance. Finally, the SS-PMG is incorporated into a functioning wind turbine system and automated grid connection is demonstrated under turbulent wind conditions. Future investigations may be focused on optimal control strategies, alternative solid-state switching schemes, and reactive power control. Low voltage ride-through should also be optimised for the South African dip profile and validated experimentally. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die glip-sinchroon permanente magneet generator (GS-PMG) is ‘n direkte dryf, direkte netwerkgekoppelde generator vir windturbine toepassings. Hierdie ondersoek fokus op die bereiking van ’n ge-outomatiseerde netwerkkoppeling en lae spanning deurry vir ‘n kleinskaalse GS-PMG. Om kostes en kompleksiteit te verminder, word komponente soos lemsteekbeheerders en frekwensie-omsetters vermy. In plaas daarvan word elektromagnetiese remwerking gebruik om die turbine spoed, voorgaande net-werksinchronisasie, te beheer, en word kompensasieweerstande gebruik om netwerkfoutdeurry te handhaaf. Die omstandighede waaronder die GS-PMG suksesvol met die netwerk gesinchroniseer kan word, is vasgestel en dit het die behoefte aan spoedbeheer uitgewys. ‘n Evaluering van elektromagnetiese remstrategië wys uit dat ’n bevredigende spoedbeheervermoë verkry kan word as anti-parallelle tiristors gebruik word om die remlas te skakel. Simulasies wys dat beheerde netwerksinchronisasie suksesvol uitgevoer kan word, selfs onder turbulente windtoestande. Alle beheerbare parameters is binne veilige perke gehou, maar die GS-PMG se klemspanningsval is gevind as hoë as verwag. Kompensasie is ontwikkel om die GS-PMG toe te laat om deur die spanningsvalprofiel, soos gespesifieer deur die Ierse distribusiekode, te ry. Dit is gevind dat ‘n kombinasie van serie- en parallelle weerstande nodig is om die GS-PMG teen die spanningsval te beskerm, terwyl aktiewe drywingsoordrag gebalanseer word. Die buigbaarheid wat verkry word met die tiristorskakeling van die parallele weerstand is noodsaaklik in die hanteering van turbulente windtoestande en ongebalanseerde spanningsvalle. Die Suid-Afrikaanse spanningsvalprofiel is ook met voorwaardelike sukses hanteer. In opvolg van die teoretiese ontwerp is die netwerkkoppelingsbeheerder vir praktiese toetsdoeleindes in werking gestel. Beskermingsfunksies is ontwikkel om veilige werking onder verskeie gebeurlikhede te verseker. Die probleme met die werking van die tiristors is oorkom voor die aanvang van die toetse. Die praktiese toetse bewys dat netwerksinchronisasie veilig gedoen kan word deur die teoretiese bepaalde voorwaardes te volg. Dit is ook getoon dat met die spoedbeheermeganisme aanvaarbare dinamiese gedrag verkry kan word. Ten laaste is die GS-PMG in ‘n werkende windturbinestelsel geïnkorporeer en outomatiese netwerkkoppeling is onder turbulente windtoestande gedemonstreer. Toekomstige ondersoeke kan toegespits word op optimale beheerstrategië, alternatiewe vaste toestand skakelingskemas en reaktiewe drywingsbeheer. Lae spanning deurry moet nog vir die Suid- Afrikaanse spanningsprofiel ge-optimeer en eksperimenteel bevestig word.

Novel ceramic membrane cells of BaCe₀.₅Zr₀.₃Y₀.₁₆Zn₀.₀₄O[subscript(3-δ)] (BCZYZ), a proton-conducting oxide, have been developed for electrocatalytic ammonia synthesis. Unlike the industrial Haber-Bosch process, in this work an attempt to synthesise ammonia at atmospheric pressure has been made. The membrane cell fabricated by tape casting and solution impregnation comprises of a 200 μm-thick BCZYZ electrolyte and impregnated electrode composites. Electrocatalysts for anode and cathode were investigated. For the anode, the co-impregnation of Ni and CeO₂ provided excellent electrode performance including high catalytic activity, sintering stability and compatibility with the BCZYZ electrolyte. The best composition was the mixture of 25 wt% NiO and 10 wt% CeO₂. A symmetrical cell prepared with this electrode composition revealed low polarisation resistances of 1.0 and 0.45 Ωcm² in humidified 5% H₂/Ar at 400 and 500 °C, respectively. For the cathode, 25 wt% of impregnated Fe oxide provided a satisfactory performance in non-humidified N₂ atmosphere. Significant amounts of ammonia were produced from the single cell with Ni-CeO₂ anode and Fe oxide cathode at 400-500 °C under atmospheric pressure. Ammonia formation rate was enhanced by Pd catalyst addition and electrochemical performance was improved by Ru addition. The highest ammonia formation rate of 4 x 10⁻⁹ mols⁻¹cm⁻² was attained using the cell with a Pd-modified Fe cathode at 450 °C. The formation reaction of ammonia typically consumed around 1-2.5 % of total applied current while most of the applied current was employed in H⁺ reduction. The total current efficiency of around 90-100 % could be obtained from the membrane cells.

Les outils de forage de type PDC peuvent subir d'intenses variations de leur vitesse de rotation, qui perturbent le déroulement des opérations de forage. Ce phénomène auto-entretenu, appelé stick-slip, se produit dans une variété de contextes de forage actuels et on admet généralement que l'instabilité est due à la décroissance du couple à l'outil suivant la vitesse de rotation. De nombreux dispositifs ont été introduits pour limiter son apparition, mais ni la cause physique de cette décroissance, ni le rôle joué par l'outil n'ont été clairement identifiés jusqu'à présent. Cette thèse vise à étudier, expérimentalement et théoriquement, la réponse mécanique des outils PDC lorsqu'ils sont soumis à des variations de leur vitesse de rotation. Une campagne d'essais de forabilité des roches a montré que les efforts qui s'exercent autant sur les outils PDC, que sur les taillants qui les composent, dépendent significativement de la vitesse de rotation. On a attribué ce phénomène au cisaillement dynamique d'une couche de roche broyée, compactée à l'interface entre le taillant et la saignée. Un modèle semi-empirique d'interaction dynamique outil-roche a été ajusté sur ces expériences pour prédire la réponse dynamique d'outils réels, puis validé à partir des essais sur outils de forage à l'échelle 1. Il a été couplé à un algorithme décrivant la dynamique en torsion des garnitures de forage pour calculer le risque de stick-slip associé. Le modèle développé explique non seulement, pourquoi le couple à l'outil diminue avec la vitesse de rotation mais aussi montre qu'il est possible de réduire le risque de stick-slip en sélectionnant la conception d'outil PDC appropriée.

Cette thèse vise à évaluer le potentiel d'un nouveau couple cathode / électrolyte pour une application en IT-SOFC (700°C), par le biais de l'élaboration et du test de cellules à anode support de configuration planaire. Les matériaux concernés sont l'électrolyte BaIn0.3Ti0.7O2.85 (BIT07), de structure perovskite, et les nickelates de terres rares Ln2-xNiO4+ (LnN, Ln = La, Nd, Pr) en tant que cathodes ; ces matériaux ont montré des propriétés prometteuses dans des travaux préliminaires effectués à l'IMN et l'ICMCB. La première partie de cette thèse porte sur la mise en place d'un protocole d'élaboration de cellules complètes utilisant des techniques bas coûts et industrialisables (cellules de taille 3 x 3 cm2) : l'anode Ni / BIT07 a été élaborée par coulage en bande, l'électrolyte BIT07 par vacuum slip casting et les cathodes par sérigraphie. Les mesures électrochimiques réalisées sur une première génération de cellules ont mis en évidence la nécessité d'ajouter une couche barrière de GDC entre les cathodes LnN et l'électrolyte BIT07. Les meilleures performances ont été obtenues pour une cellule BIT07 / Ni | BIT07 | GDC | PrN, avec une densité de puissance à 700°C et 0.7 V de 176 mW cm-2 pour une faible résistance de polarisation de 0. 29 Ω cm2. La principale limitation des performances a été identifiée comme étant la résistance interne du banc de test, donnant lieu à des valeurs de résistances séries anormalement élevées. Cette cellule a été opérée avec succès durant plus de 500 heures sous courant, avec néanmoins une vitesse de dégradation extrapolée élevée de l'ordre de 27% / kh.

In most applications concerning a fluid flowing over a solid surface, the no-slip velocity condition was widely used because it is simple and produces the results in agreement with experiments. However, this dynamical boundary condition is not appropriate when the flow under consideration is at a micro or nano length scale.In order to model this effect at the macroscopic scale, the Navier boundary conditions have been introduced, with the slip length as a parameter. When the fluid is a gas, this length is related to the tangential momentum accommodation coefficient (TMAC) and the mean free path, according to the Maxwell model. The aim of this work is to systematically address this model using a multi-scale approach and to extend it by incorporating both the morphology and the anisotropy of a surface. The thesis consists of five chapters. In Chapter 1, the basics of the kinetic theory of gases, the Boltzmann equation and related solutions (Navier-Stokes-Fourier, Burnett, Grad, Direct Simulation Monte Carlo ...) are briefly presented. The models of gas-wall interaction and slip models introduced in the fluid mechanics are also recalled. The chapter ends with a description of the computational method used for the molecular dynamics simulations performed in this work. Chapter 2 is dedicated to the development of a simple technique to simulate the pressure driven flows. The principle is to rely on the atomistic formulas of the stress tensor (Irving Kirkwood, Method of Plane, Virial Stress) and to modify the periodic conditions by maintaining the difference between the kinetic energy of the ingoing and outgoing particles of the simulation domain. Several types of channels are studied with this technique. The results (temperature, velocity ...) are discussed and compared. Chapter 3 deals with the study of the gas-wall interaction potential by the ab-initio method. The code CRYSTAL 09 is used to obtain the potential between an atom of argon (Ar) and a surface of platinum (Pt) <111> as a function of distance. Then the gas-wall potential is decomposed into binary potential and approached by an analytic function. This function is then implemented in a MD code to simulate the gas-wall collisions and determine the TMAC coefficient. In Chapter 4, the effect of morphology is studied. The multi-body Quantum Sutton Chen (QSC) potential is used for Pt <100> solid and the binary potential proposed in the previous chapter for the Ar-Pt couple is employed. The QSC potential is needed to reproduce the surface effects that affect the final results. Different surfaces are treated : smooth, nanostructured surface and, random surface obtained by Chemical vapor deposition (CVD). The TMAC is determined using a generalized approach, i.e. depending on the angle of incident flux of gas atoms on the surface. The surface anisotropy and the scattering kernel are also examined. In Chapter 5, we propose a model of anisotropic slip for fluids based on accommodation tensor. The model is obtained by the analytical approximate calculations developed in the framework of the kinetic theory. We thus generalize Maxwell's equation by showing that the slip length tensor is directly related to the accommodation tensor. The model is in good agreement with the MD results. Thanks to our MD simulations, we develop a suitable technique for reproducing the anisotropy of the accommodation tensor. The thesis ends with a conclusion section in which we suggest some perspectives for a continuation of this work

Le concept des Sociétés de fictions élaboré dans le cadre de ce mémoire vise l’exploration de la médiation à l’ère du numérique. Pour penser les modalités de fictions littéraires avec l’idée qu’elles puissent former des sociétés distinctes, ce travail d’analyse propose d’examiner diverses fictions, plus précisément des expressions gothiques américaines en littérature contemporaine, afin d’en extraire un mode de pensée significatif. Dans le dessein d’analyser la manière dont ces fictions se relient entre elles, cette recherche se focalise sur le rapport qu’entretient la fiction littéraire avec la technologie ainsi qu’avec divers modes de diffusion et de médiation. Afin de comprendre comment les mécanismes du discours positionnent des œuvres de fictions les unes par rapport aux autres, ces fictions individuées seront d’abord examinées au sein d’une société qui leur est propre. Ceci mènera à exposer en quoi et comment les rapports qu’entretient l’humain avec la littérature et la technologie se reconfigurent par le biais de nouvelles formes de médiations. La présente réflexion se penche ainsi sur les modes d’interactions des fictions qui s’organisent en sociétés afin de pouvoir analyser comment le glissement du paradigme de l’imprimé et des supports matériels, à l’âge du numérique, peut se traduire par une manière inédite de penser notre relation au littéraire. En somme, cette réflexion sur la mobilité des formes et des plateformes liées aux fictions et à leur société devrait permettre de mieux analyser les individus qui inventent et consomment ces fictions, leur univers social ainsi que leur rapport intime à la technologie et ses médiations. Ces sociétés de fictions deviennent alors une clé pour comprendre notre rapport à la virtualisation de nos univers sociaux. Entre les sociétés de fictions et les sociétés des Hommes se noue un lien substantiel laissant entrevoir une véritable co-évolution de ces univers distincts. Les principales œuvres de fiction étudiées et citées seront celles du romancier et scénariste américain Bret Easton Ellis, plus précisément les romans Less Than Zero et Imperial Bedrooms. Il sera également question de la série télévisuelle Twin Peaks, diffusée sur la chaîne ABC en 1990 et réalisée par David Lynch, ainsi que d’une nouvelle de John Cheever, The enormous radio, parue en 1947, dans le New Yorker. / The concept of Societies of fictions developed inside the framework of this Masters thesis aims to explore the mediation at the digital age. The main idea is to think the terms of narrative fiction with the idea that each one may be part of societies. To do so, this analytical work intends to examine various fictions, specifically some examples of the American Gothic in contemporary literature, to extract a significant thought mode. In attempt to analyze how these fictions connect to each other, this piece of research focuses also on the relationship that fiction maintains with technology, including various modes of dissemination. To understand how narrative mechanisms contribute to positioning those fictions relative to each other, they will be approached as if they formed a society of their own. This strategy will lead us to revisit past tradition in a critical vein, and it will also provide an entry into the ways in which and how relations among human, literature and technology are reconfigured through new forms of mediation. By emphasizing the idea that fictions are organized into societies, we are in a better position to describe the paradigm shift from printed to digital media, and to examine how it transforms our relationship to narrative fiction in general. On balance, this discussion on mobility forms and fictions related platforms and their society should ultimately permit a better analyze of individuals who invent and consume these fictions, their social world and their intimate relationship with technology and mediations. As a result, Societies of fictions can become a key element to understand our relationship with the virtualization of our social universe. Between societies of fictions and human societies, a substantial connection can be drawn in the form of a co-evolutionary process. The main works studied and cited will be those of the American novelist and screenwriter Bret Easton Ellis, more specifically Less Than Zero and Imperial Bedrooms. The television serial drama Twin Peaks, which aired on the ABC channel in 1990 and was directed by David Lynch, will also be discussed, as well as a John Cheever’s short story, The Enormous Radio, originally published in 1947 in The New Yorker.

Lorsqu’un avion atterrit, la force principale nécessaire pour arrêter l’avion est obtenue par le freinage. Par une réduction de la vitesse de rotation des roues, les freins provoquent une vitesse de glissement entre les pneus et la piste. C’est cette différence de vitesse qui génère la force de freinage capable de stopper l’avion. La modélisation de cette force est essentielle pour l’estimation de la longueur de piste à l’atterrissage. Les modèles classiques utilisés par les avionneurs sont assez simplistes et dérivent expérimentalement des modèles de frictions les plus simples. De sorte que ces modèles sont dans l’incapacité d’estimer l’influence de paramètres clefs influençant la force de freinage. Il s’agit, en particulier de la pression des pneus, de la nature de la gomme, de la température ambiante et de celle de la gomme, de l’état de la piste, de sa texture, etc. L’objectif de la thèse a été de développer un modèle de contact pneu-piste capable d’estimer la force de freinage. C’est le « Brush Model » qui a servi de base à cette modélisation. En phase de freinage la zone de contact est constituée d’une première zone de déformation de la gomme qui crée une force résistante en suivant la loi de Hooke, puis d’une seconde zone de glissement dont la force de résistance suit la loi de Coulomb. Ce modèle a été amélioré grâce aux résultats de la mécanique des structures pour la loi de Hooke et grâce aux résultats de la tribologie pour la loi de Coulomb. Ces deux modélisations faisant appel aux données issues de la science des matériaux. L’ensemble de ces modélisations a été enrichi par une coopération avec plusieurs centres de recherches ayant fourni de nombreux résultats expérimentaux. Le modèle obtenu a ensuite été confronté avec des résultats d’essais en vol obtenus avec « Airbus Operations S.A.S ». La thèse a validé le prétraitement des données d’essais ainsi que le processus d’identification qui a permis de montrer l’accord du modèle avec les résultats expérimentaux obtenus lors des essais en vol. Cette modélisation donne des résultats très encourageants, elle permet une compréhension beaucoup plus approfondie des effets de l’environnement sur les forces de freinage. De sorte que cette thèse a permis d’améliorer très sensiblement la compréhension fondamentale des phénomènes en jeu lors du freinage, au contact entre le pneu et la piste. Chez Airbus, les résultats obtenus vont servir de base pour les travaux à venir sur ce thème. / As an aircraft lands on a runway, the principal force acting to stop the aircraft within the confines of the runway is generated by the brakes. The brakes cause the tire’s rotational speed to slow down with regards to the aircraft’s speed over the ground. This difference in speed causes friction and it is this friction that is the principal force to stop the aircraft. In order to be able to estimate the stopping distance of an aircraft an understanding of this friction is essential. Traditionally, aircraft manufactures have relied on simplistic, empirically derived friction models. However, these empirical models cannot estimate the influence of several key factors that are known (scientifically) to affect friction such as the rubber temperature, the runway texture, the ambient air temperature and the rubber composition to name a few. This PhD work aims to develop a frictional model that can be used to estimate the friction developed between an aircraft tire and the runway. A model commonly known as the Brush Model, is derived for usewith aircraft tires and runways. The underlying physics of this model are developed using the established scientific theories of tribology, material science and strength of materials. Coordination with several research institutes provides experimental results to reinforce the model. The model is then compared with flight test results obtained from a partnership with Airbus OperationsS.A.S. The PhD works demonstrates the entire validation process from flight test data cleaning, the derivation of a curve-fitting algorithm and the matching of derived model with the flight test data. The modeling has shown very encouraging results. It allows for a much deeper understanding of the environmental effects on friction. This PhD work has greatly improved the fundamental understanding of friction and will serve as a base for future works with Airbus.

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Bruce M. Law / Three diverse first author surfaces science experiments conducted by Sean P. McBride 1-3 will be discussed in detail and supplemented by secondary co-author projects by Sean P. McBride, 4-7 all of which rely heavily on the use of an atomic force microscope (AFM). First, the slip length parameter, b of liquids is investigated using colloidal probe AFM. The slip length describes how easily a fluid flows over an interface. The slip length, with its exact origin unknown and dependencies not overwhelming decided upon by the scientific community, remains a controversial topic. Colloidal probe AFM uses a spherical probe attached to a standard AFM imaging tip driven through a liquid. With the force on this colloidal AFM probe known, and using the simplest homologous series of test liquids, many of the suspected causes and dependencies of the slip length demonstrated in the literature can be suppressed or eliminated. This leaves the measurable trends in the slip length attributed only to the systematically varying physical properties of the different liquids. When conducting these experiments, it was realized that the spring constant, k, of the system depends upon the cantilever geometry of the experiment and therefore should be measured in-situ. This means that the k calibration needs to be performed in the same viscous liquid in which the slip experiments are performed. Current in-situ calibrations in viscous fluids are very limited, thus a new in-situ k calibration method was developed for use in viscous fluids. This new method is based upon the residuals, namely, the difference between experimental force-distance data and Vinogradova slip theory. Next, the AFM’s ability to acquire accurate sub nanometer height profiles of structures on interfaces was used to develop a novel experimental technique to measure the line tension parameter, τ, of isolated nanoparticles at the three phase interface in a solid-liquid-vapor system. The τ parameter is a result of excess energy caused by the imbalance of the complex intermolecular forces experienced at the three phase contact line. Many differences in the sign and magnitude of the τ parameter exist in the current literature, resulting in τ being a controversial topic.

Ce travail de thèse, constitué de deux parties apparemment très différentes, a pour objectif commun de modéliser et simuler certaines interfaces non classiques en mécanique des fluides et en mécanique des solides. Dans la première partie qu'est la partie principale du travail, l'écoulement de Stokes d'un fluide dans un canal encadré par deux parois solides parallèles est étudié. La surface d'une paroi étant supposée lisse, la condition d'adhérence parfaite classique est adoptée pour l'interface fluide-solide homogène correspondante. La surface de l'autre paroi étant supposée rugueuse et capable de piéger de petites poches d'air, l'interface liquide-solide correspondante est donc hétérogène. La première partie de ce travail consiste à homogénéiser l'interface liquide-solide hétérogène de façon à remplacer cette dernière par une interface fluide-solide homogène imparfaite caractérisée par une longueur de glissement effective. Le problème essentiel de déterminer la longueur de glissement effective est résolu par le développement : (i) d'une approche semi-analytique dans le cas où la surface rugueuse est périodique; (ii) d'une approche basée sur la méthode de solution fondamentale dans le cas où la surface rugueuse est aléatoire. Les résultats obtenus par les approches développées sont systématiquement comparés avec ceux délivrés par la méthode des éléments finis. La deuxième partie du travail est de déterminer les modules élastiques effectifs d'un composite fibreux dans lequel les interfaces entre la matrice et les fibres sont imparfaites et décrites par le modèle membranaire. Une méthode numérique efficace basée sur la transformée de Fourier est ainsi développée et implantée pour traiter le cas général où la section d'une fibre peut avoir une forme quelconque / The present work, consisting of two seemingly very different parties, aims at modeling and simulating some non-classical interfaces in fluid mechanics and solid mechanics. In the first part which is the main part of the work, the Stokes flow of a fluid in a channel bounded by two parallel solid walls is studied. The surface of a solid wall being assumed to be smooth, the classic perfect adherence condition is adopted for the corresponding homogeneous fluid-solid interface. The surface of the other wall being taken to be rough and capable of trapping small pockets of air, the corresponding liquid-solid interface is heterogeneous. The first part of this work is to homogenize the heterogeneous liquid-solid interface so as to replace it by an imperfect homogeneous fluid-solid interface characterized by an effective slip length. The essential underlying problem of determining the effective slip length is achieved by developing: (i) a semi-analytical approach when the rough surface is periodic; (ii) an approach based on the fundamental solution method when the surface is randomly rough. The results obtained by the developed approaches are systematically compared with those issued from the finite element method. The second part of the work is to determine the effective elastic moduli of a fiber composite in which the interfaces between the matrix and fibers are imperfect and described by the membrane model. An efficient numerical method based on the fast Fourier transform is developed and implemented to treat the general case where the section of a fiber can be of any shape

Certaines applications industrielles nécessitent des niveaux d’étanchéité exceptionnels pour permettre la réalisation d’un vide poussé ou pour répondre à des enjeux de sécurité radiologique par exemple. Ces niveaux de haute étanchéité statique sur des assemblages démontables sont obtenus à l’aide de joints entièrement métalliques. La fuite résultante de l’assemblage n’est due qu’à la persistance d’un champ des ouvertures à l’interface entre le joint d’étanchéité et la bride d’assemblage, conséquence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures à l’interface de contact est assimilable à une fracture rugueuse hétérogène, de nature multi-échelle, et peut en principe être obtenu par un calcul de déformations mécaniques préalable. Dans ce travail, on s’intéressera plus particulièrement à l’écoulement gazeux raréfié dans le régime glissant au sein de cette fracture. Pour les régimes modérément raréfiés,l’écoulement est modélisé par l’équation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on développe. On effectue ensuite un changement d’échelle par la méthode de la prise de moyenne volumique, permettant d’établir un modèle macroscopique d’écoulement à l’échelle d’un élément représentatif, où le débit massique est relié au gradient de pression via le tenseur de transmissivité. Celui-ci, caractéristique de l’élément représentatif de fracture, est calculé par résolution d’un problème de fermeture et est dépendant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen représentatif sur l’élément. Pour remonter à l’écoulement dans l’ensemble de la fracture, hétérogène à cette échelle, celle-ci est subdiviséeen pavés sur chacun desquels est calculé un tenseur de transmissivité local par la méthode sus-citée. Ensuite, l’écoulement dans ce champ de tenseurs est résolu par une méthode des éléments finis de frontière, donnant la transmissivité apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche à deux échelles, vue comme outil d’aide à la conception, permet une réduction de la complexité de calcul par rapport à une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un système d’étanchéité. Pour valider l’utilisation du modèle de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de déformation mécanique, des puces nanofluidiques de type réseau hétérogène de canaux droits sont fabriquées par photolithographie par niveaux de gris. Des essais expérimentaux de mesure de fuite sont réalisés sur ces géométries modèles, représentant des joints idéalisés. Ces essais sont effectués en appliquant une forte différence de pression d’hélium par utilisation d’un spectromètre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les régimes de raréfaction atteints vont alors du régime glissant au régime moléculaire. Le débit de fuite mesuré est alors supérieur à celui prédit par le modèle de premier ordre, l’écart restant inférieur à un ordre de grandeur quel que soit le régime / Some industrial applications require exceptional sealing levels to maintain ultra-high vacuumconditions or for radiological safety concerns for example. Such high performance static sealingconditions on mechanical assemblies are reached using entirely metallic gaskets. The resultingleak-rate is only due to the persistence of an aperture field at the seal-flange interface,consequence of a non-ideal contact between the two rough surfaces. This aperture field can beviewed as a rough and heterogeneous fracture, of multi-scale nature, and can be obtained by aprior contact mechanics computation. In this work, we are interested on the rarefied flow of a gasin this fracture, drawing our attention to the slip regime. For such moderately rarefied regime, theflow is described by the slightly compressible Reynolds equation with a first-order slip-flowcorrection at the walls, which we develop. Using the method of volume averaging, an upscalingprocedure is performed to derive the macroscopic flow model at the scale of a representativeelement, and where the mass flow rate is related to the pressure gradient by the transmissivitytensor. This latter is characteristic of the representative fracture element and is obtained by solvingan auxiliary closure problem which depends on the micro-structure as well as the representativemean free path on the element. To compute the flow in the whole fracture, heterogeneous at thisscale, it is subdivided in tiles on which a transmissivity tensor is locally computed by theaforementioned method. Then, the flow problem in this tensor field is solved using a boundaryelement method, leading to the apparent slip-corrected transmissivity of the entire aperture field.This two-scale approach is a conception tool which reduces the overall complexity with respect toa direct numerical simulation, allowing a more efficient analysis of the behavior of a sealingassembly. To validate the use of slip models at the macroscopic level and to eliminate theuncertainties of the contact mechanics computation, nanofluidic chips composed ofheterogeneous network of straight channels are fabricated using a grayscale photolithographytechnique. Experimental measurements of the leak-rate are performed on these idealizedgeometries that mimic a seal assembly. They are realized by applying a strong helium pressuredifference on the chip using a mass spectrometer to measure the leak, which produces a nearvacuum condition at the outlet. Depending of the chip, the rarefaction regime ranges from slip tofree-molecular. The measured leak-rate is greater than predicted by the first order model, thoughbeing of the same order of magnitude whatever the regime