1. Beim feldaktivierten Sintern im Temperaturbereich von 500 bis 1000 °C fließen elektrische Ströme mit einer Dichte von 1 bis 3 A/mm². 2. Daraus folgt für die größten verwendeten Pulverteilchen mit einem Radius von 50 µm ein Strom je Teilchenkontakt von 10 bis 50 mA. 3. Die durch das Aufbringen des prozesstechnisch notwendigen Pressdruckes gebildeten relativen Kontaktradien (Kontaktradius geteilt durch Teilchenradius) haben eine Größe von 0,05 bis 0,3. 4. Die Einengung der Strompfade im Kontakt der Pulverteilchen erhöht, zusammen mit dem elektrischen Widerstand der Oxidschicht auf den Pulverteilchen, den elektrischen Widerstand des Pulverpresslings. 5. Der Stromfluss durch die Teilchenkontakte führt mit dem zusätzlichen elektrischen Widerstand dieser Teilchenkontakte zu einer lokalen Temperaturerhöhung (Übertemperatur) von 10-4 bis 1 Kelvin für Kupfer- respektive Stahlpulver. 6. Der zusätzliche elektrische Widerstand der Oxidschicht kann die Übertemperatur beim Kupferpulver auf bis zu 1 mK erhöhen. 7. Mit abnehmendem Teilchenradius sinkt die Übertemperatur quadratisch. 8. Das Wachstum der Teilchenkontakte im Verlauf der Verdichtung führt zu einer kontinuierlichen Verringerung der Übertemperatur. 9. Das Auftreten von schmelzflüssiger Phase, von Metalldampf oder von Plasma wird in den untersuchten metallischen Systemen ausgeschlossen. 10. Auch Elektromigration, Thermomigration oder andere Wirkungen des elektrischen Stromes spielen keine Rolle für die Verdichtung beim feldaktivierten Sintern. 11. Die Verwendung von gepulstem anstelle von kontinuierlichem Gleichstrom beeinflusst die Verdichtung der untersuchten Werkstoffe nicht. 12. Die Verdichtung vom Pulver zum kompakten Werkstoff findet für Pulverteilchen mit einem Radius größer als R = 10 µm über plastische Verformung durch verschiedene Formen des Kriechens statt. 13. Die Verformung ist im Anfangsstadium auf den Kontaktbereich begrenzt. 14. Bei Pulverteilen mit Teilchenradien unter R = 10 µm findet die Verdichtung zunächst als Folge von Leerstellenströmen in die Kontaktkorngrenze statt (Sintern). 15. Durch die schnelle Verdichtung bei niedriger homologer Temperatur werden Kornwachstum und Rekristallisation verringert.

Le développement de protections balistiques toujours plus légères et performantes reste un sujet de recherche très actif. Malgré de très hautes performances, la difficulté de mise en forme du SiC conduit généralement à l’utilisation d’aides au frittage en quantité importante, favorisant la formation de phases secondaires pouvant fragiliser le matériau. De plus, les hautes températures de mise en forme induisent la présence de phase α, conférant au matériau des propriétés mécaniques anisotropes et inférieures à celles de la phase cubique β.Dans ces travaux de thèse, l’objectif a été d’élaborer un matériau SiC cubique de très haute pureté, avec une densité de 100% et une stœchiométrie Si/C idéale afin d’optimiser les performances de cette céramique. Deux types de précurseurs ont été envisagés : une poudre commerciale et une poudre issue de la conversion d’un précurseur polymère précéramique.Dans un premier temps, une étude paramétrique de frittage par SPS a permis d’atteindre des densités de 95% pour les 2 précurseurs, tout en conservant la phase cubique seule. Ces résultats, bien qu’encourageants mais n’étant pas suffisants pour l’application visée, l’étude s’est tournée vers l’ajout d’aides au frittage. Des densités de 100% ont ainsi été obtenues sur des échantillons préparés à partir de poudre commerciale, même pour de très faibles teneurs en additif. Un second aspect de ces travaux a permis de mettre en évidence une dépendance de la température de transition β -> α du SiC vis-à-vis de la pression de frittage mais également vis-à-vis du type de précurseur, l’utilisation du précurseur polymère étant plus favorable à la stabilité de la structure cubique. Enfin des mesures de dureté ont été réalisées sur les meilleurs échantillons et ont permis de souligner le rôle prépondérant de la densité sur cette propriété. / The development of light and high performance ballistic protections is currently a sensitive subject of research. Despite promising mechanical characteristics, the complexity of SiC shaping generally leads to the use of high content of sintering aids, favouring secondary phases formation which could weaken the material. Nevertheless, high sintering temperatures induce the presence of the α form of SiC, conferring to the material anisotropical and lower mechanical properties than the one obtained with the cubic β phase.The goal of this PhD work is the development of high purity cubic SiC, with density close to 100% and perfect Si:C stoichiometry to optimize the performances of this ceramic. Two kinds of precursors were considered: a commercial powder and a powder from the conversion of preceramic polymer precursor.Firstly, the parametric study of SPS sintering allowed to reach densities of 95% for both precursors, while conserving only the cubic phase. These encouraging results being not sufficient, this study switched to the use of sintering aids. Densities close to 100% were thus reached on samples sintered with prepared mixtures from commercial powder, even for very low content of additive. The second subject of this thesis highlighted a dependence of the β -> α transition temperature of SiC as a function of sintering pressure, but also according to the kind of precursor. Indeed, the use of polymer precursor is favourable to cubic structure stability. Then, hardness measurements were performed on the most promising samples and allowed to highlight the major role of density on this property.

Les masses de données scientifiques générées par les moyens d'observation modernes, dont l’observation spatiale, soulèvent des problèmes de performances récurrents, et ce malgré les avancées des systèmes distribués de gestion de données. Ceci est souvent lié à la complexité des systèmes et des paramètres qui impactent les performances et la difficulté d’adapter les méthodes d’accès au flot de données et de traitement.Cette thèse propose de nouvelles techniques d'optimisations logiques et physiques pour optimiser les plans d'exécution des requêtes astronomiques en utilisant des règles d'optimisation. Ces méthodes sont intégrées dans ASTROIDE, un système distribué pour le traitement de données astronomiques à grande échelle.ASTROIDE allie la scalabilité et l’efficacité en combinant les avantages du traitement distribué en utilisant Spark avec la pertinence d’un optimiseur de requêtes astronomiques.Il permet l'accès aux données à l'aide du langage de requêtes ADQL, couramment utilisé.Il implémente des algorithmes de requêtes astronomiques (cone search, kNN search, cross-match, et kNN join) en exploitant l'organisation physique des données proposée.En effet, ASTROIDE propose une méthode de partitionnement des données permettant un traitement efficace de ces requêtes grâce à l'équilibrage de la répartition des données et à l'élimination des partitions non pertinentes. Ce partitionnement utilise une technique d’indexation adaptée aux données astronomiques, afin de réduire le temps de traitement des requêtes. / The big scientific data generated by modern observation telescopes, raises recurring problems of performances, in spite of the advances in distributed data management systems. The main reasons are the complexity of the systems and the difficulty to adapt the access methods to the data. This thesis proposes new physical and logical optimizations to optimize execution plans of astronomical queries using transformation rules. These methods are integrated in ASTROIDE, a distributed system for large-scale astronomical data processing.ASTROIDE achieves scalability and efficiency by combining the benefits of distributed processing using Spark with the relevance of an astronomical query optimizer.It supports the data access using the query language ADQL that is commonly used.It implements astronomical query algorithms (cone search, kNN search, cross-match, and kNN join) tailored to the proposed physical data organization.Indeed, ASTROIDE offers a data partitioning technique that allows efficient processing of these queries by ensuring load balancing and eliminating irrelevant partitions. This partitioning uses an indexing technique adapted to astronomical data, in order to reduce query processing time.

Ce mémoire est la conclusion d'une maîtrise en double diplomation internationale entre l'université Toulouse 3 Paul Sabatier en France et l'université de Montréal au Canada. Le but de cette collaboration est la meilleure compréhension des décharges Sparks dans les liquides diélectriques, ainsi que des phénomènes qui y sont liés. La première partie du projet de recherche, effectuée à Toulouse au laboratoire LAPLACE, s'est concentrée sur l’influence du matériau des électrodes sur le comportement de la décharge, en particulier les caractéristiques courant-tension et la dynamique de la bulle de cavitation via imagerie rapide. Cette partie de travail est incluse dans ce mémoire sous forme d’une Annexe, et nous focalisons l’attention du lecteur uniquement sur les travaux réalisés dans la deuxième partie. En effet, en utilisant une source impulsionnelle de tension, nous avons étudié l’évolution statistique des caractéristiques électriques des décharges Sparks dans différents liquides diélectriques et sous différentes conditions expérimentales, qu'elles soient électriques, géométriques, ou bien liées aux matériaux utilisés. Après une préparation minutieuse des conditions d’une expérience donnée, les impulsions de haute tension ont été appliquées et les caractéristiques des décharges ont été enregistrées. Les enregistrements des caractéristiques électriques, dès la première dé- charge jusqu’à un moment où il n’est plus possible d’avoir des décharges, ont été analysés à l’aide d’un algorithme afin de remonter aux propriétés de chaque décharge, soient la probabilité que la décharge ait eu lieu, la tension de claquage, le courant de décharge, la charge injectée, l’énergie injectée, etc. L’évolution temporelle de ces paramètres ont révélé certaines informations extrê- mement utiles pour les considérer dans les procédés qui utilisent les décharges Sparks dans les liquides à haute répétition, en particulier dans la synthèse de nanomatériaux. / This thesis is the conclusion of a master's degree in an international double graduation between Université Toulouse Paul Sabatier in France and Université de Montréal in Canada. The aim of this collaboration is to better understand the operation of Spark discharges in dielectric liquids, as well as other phenomena linked to it. The first part of this research project, conducted at Toulouse, LAPLACE laboratory, was focused on the influence of the electrode material on the discharge behaviour, in particular the current and voltage waveform and the dynamic of a cavitation bubble monitored with fast imaging technique. This part of the work is included in the thesis as an Annex to focus the reader’s attention only on the work realized in Montréal. Indeed, using a high voltage pulser, we studied the statistical evolution of the electrical characteristics of Sparks discharges in different dielectric liquids and under various experimental conditions, whether they are electrical, geometrical, or related to the material of utilized electrode. After a fine preparation of the conditions for one experience, the high voltage pulses were applied, and discharges were occurred. The acquisition of the discharge electrical characteristics, from the first one to the last one, were analyzed using a home-made algorithm to access the properties of every discharge, i.e. the probability of discharge occurrence, the breakdown voltage, the discharge current, the injected charge, the injected energy, etc. The temporal evolution of those parameters revealed some extremely useful trends to be considered in the processes utilizing in-liquid Spark discharges at high repetition rate, such as in nanomaterial synthesis.

Data processing is generally defined as the collection and transformation of data to extract meaningful information. Data processing involves a multitude of processes such as validation, sorting summarization, aggregation to name a few. Many analytics engines exit today for largescale data processing, namely Apache Spark, Apache Flink and Apache Beam. Each one of these engines have their own advantages and drawbacks. In this thesis report, we used all three of these engines to process data from the Carbon Monoxide Daily Summary Dataset to determine the emission levels per area and unit of time. Then, we compared the performance of these 3 engines using different metrics. The results showed that Apache Beam, while offered greater convenience when writing programs, was slower than Apache Flink and Apache Spark. Spark Runner in Beam was the fastest runner and Apache Spark was the fastest data processing framework overall. / Databehandling definieras generellt som insamling och omvandling av data för att extrahera meningsfull information. Databehandling involverar en mängd processer som validering, sorteringssammanfattning, aggregering för att nämna några. Många analysmotorer lämnar idag för storskalig databehandling, nämligen Apache Spark, Apache Flink och Apache Beam. Var och en av dessa motorer har sina egna fördelar och nackdelar. I den här avhandlingsrapporten använde vi alla dessa tre motorer för att bearbeta data från kolmonoxidens dagliga sammanfattningsdataset för att bestämma utsläppsnivåerna per område och tidsenhet. Sedan jämförde vi prestandan hos dessa 3 motorer med olika mått. Resultaten visade att Apache Beam, även om det erbjuds större bekvämlighet när man skriver program, var långsammare än Apache Flink och Apache Spark. Spark Runner in Beam var den snabbaste löparen och Apache Spark var den snabbaste databehandlingsramen totalt.

Les décharges Sparks sont des décharges électriques transitoires avec une courte durée de vie. Par rapport à son initiation en milieu gazeux, l’initiation de ce type de décharges dans un liquide diélectrique induit de nouveaux phénomènes physico-chimiques dans le plasma et aux interfaces plasma-liquide et plasma-électrodes. Depuis une vingtaine d’années, la recherche scientifique exploite les propriétés de ces décharges pour des applications diverses : dépollution de liquide, synthèse de nanoparticules, usinage par électro-érosion, etc. Dans ce contexte, ce mémoire a pour objectif d’apporter une meilleure compréhension de la physique des décharges Sparks dans les liquides diélectriques. Les décharges dans les liquides se caractérisent par un comportement stochastique fort. Des études statistiques d’un nombre important de décharges sur les caractéristiques électriques ont été effectuées en fonction de différents paramètres. Ces paramètres sont la distance inter-électrodes, la nature des électrodes ainsi que la polarité de la tension appliquée. L’acquisition des courbes courant-tension de chaque décharge permet de déterminer ses propriétés électriques, soient la tension de claquage, le courant de la décharge, le délai de claquage, la charge injectée, la probabilité de claquage, etc. L’influence d’un champ magnétique externe, en particulier son orientation par rapport à l’axe des électrodes, sur les caractéristiques de la décharge a ensuite été explorée. L’étude des interactions plasma-électrode en fonction de l’orientation du champ magnétique a été réalisée en analysant des images de la dispersion des impacts créés par les décharges sur la contre-électrode et de l’érosion de la pointe. De plus, nous avons démontré que la nature du matériau des électrodes, en particulier ses propriétés magnétiques, influe grandement le taux d’érosion de celles-ci. Les résultats rapportés dans ce mémoire contribueront non seulement à l’avancement de la physique des décharges dans les liquides, mais aussi au développement / optimisation des applications dans des différents domaines technologiques. / Spark discharges are transient electric discharges with a short lifetime. Compared to its initiation in a gaseous medium, the initiation of this type of discharges in a dielectric liquid induces new physico-chemical phenomena in the plasma and at the plasma-liquid and plasma-electrode interfaces. For about twenty years, scientific research has been exploiting the properties of these discharges for various applications: liquid depollution, nanoparticle synthesis, electro-erosion machining, etc. In this context, this thesis aims to provide a better understanding of the physics of Sparks discharges in dielectric liquids. Discharges in liquids are characterized by a strong stochastic behavior. Statistical studies of a large number of discharges on the electrical characteristics have been performed as a function of different parameters. These parameters are the inter-electrode distance, the nature of the electrodes and the polarity of the applied voltage. The acquisition of the current-voltage curves of each discharge allows to determine its electrical properties, i.e. the breakdown voltage, the discharge current, the breakdown delay, the injected charge, the breakdown probability, etc. The influence of an external magnetic field, in particular its orientation relative to the axis of the electrodes, on the characteristics of the discharge was then explored. The study of the plasma-electrode interactions as a function of the magnetic field orientation was performed by analyzing images of the dispersion of the impacts created by the discharges on the counter-electrode and the erosion of the tip. Furthermore, we have shown that the nature of the electrode material, in particular its magnetic properties, greatly influences the rate of electrode erosion. The results reported in this thesis will contribute not only to the advancement of the physics of discharges in liquids, but also to the development / optimization of applications in different technological fields.

The correlation of several events in a period of time is a necessity for a threat detection platform. In the case of multistep attacks (attacks characterized by a sequence of executed commands), it allows detecting the different steps one by one and correlating them to raise an alert. It also allows detecting abnormal behaviors on the IT system, for example, multiple suspicious actions performed by the same account. The correlation of security events increases the security of the system and reduces the number of false positives. The correlation of the events is made thanks to pre- existing correlation rules. The goal of this thesis is to evaluate the feasibility of using a correlation engine based on Apache Spark. There is a necessity of changing the actual correlation system because it is not scalable, it cannot handle all the incoming data and it cannot perform some types of correlation like aggregating the events by attributes or counting the cardinality. The novelty is the improvement of the performance and the correlation capacities of the system. Two systems are proposed for correlating events in this project. The first one is based on Apache Spark Structured Streaming and analyzed the flow of security logs in real- time. As the results are not satisfactory, a second system is implemented. It uses a more traditional approach by storing the logs into an Elastic Search cluster and does correlation queries on it. In the end, the two systems are able to correlate the logs of the platform. Nevertheless, the system based on Apache Spark uses too many resources by correlation rule and it is too expensive to launch hundreds of correlation queries at the same time. For those reasons, the system based on Elastic Search is preferred and is implemented in the workflow. / Korrelation av flera händelser under en viss tidsperiod är en nödvändighet för plattformen för hotdetektering. När det gäller attacker i flera steg (attacker som kännetecknas av en sekvens av utförda kommandon) gör det möjligt att upptäcka de olika stegen ett efter ett och korrelera dem för att utlösa en varning. Den gör det också möjligt att upptäcka onormala beteenden i IT- systemet, t.ex. flera misstänkta åtgärder som utförs av samma konto. Korrelationen av säkerhetshändelser ökar systemets säkerhet och minskar antalet falska positiva upptäckter. Korrelationen av händelserna görs tack vare redan existerande korrelationsregler. Målet med den här avhandlingen är att utvärdera genomförbarheten av en korrelationsmotor baserad på Apache Spark. Det är nödvändigt att ändra det nuvarande korrelationssystemet eftersom det inte är skalbart, det kan inte hantera alla inkommande data och det kan inte utföra vissa typer av korrelation, t.ex. aggregering av händelserna efter attribut eller beräkning av kardinaliteten. Det nya är att förbättra systemets prestanda och korrelationskapacitet. I detta projekt föreslås två system för korrelering av händelser. Det första bygger på Apache Spark Structured Streaming och analyserade flödet av säkerhetsloggar i realtid. Eftersom resultaten inte var tillfredsställande har ett andra system införts. Det använder ett mer traditionellt tillvägagångssätt genom att lagra loggarna i ett Elastic Searchkluster och göra korrelationsförfrågningar på dem. I slutändan kan de två systemen korrelera plattformens loggar. Det system som bygger på Apache Spark använder dock för många resurser per korrelationsregel och det är för dyrt att starta hundratals korrelationsförfrågningar samtidigt. Av dessa skäl föredras systemet baserat på Elastic Search och det implementeras i arbetsflödet.

Call number: LD2668 .T4 1984 G666 / Master of Science

Call number: LD2668 .T4 1984 M37 / Master of Science

Current fossil fuel based energy sources have a huge shortcoming when one discusses their efficiency. The conversion efficiency of fossil fuel-based technologies is less than 40% in best cases. Therefore, until the renewable energy section is mature enough to handle all the energy demand one has to research and develop the technologies available to harvest the energy from the waste heat generated in fossil fuel-based supply sources. One of these emerging technologies is the use of thermoelectric (TE) devices to achieve this goal, which are solid-state devices capable of directly interconverting between heat and electrical energy. In the past decade there has been a significant scientific and financial investment within the field to enhance their properties and result in time/energy efficient fabrication processes of TE materials and devices for a more sustainable environment. In this thesis with use of chemical synthesis routes for nanostructured bulk thermoelectric materials iron antimonide (FeSb2), skutterudites (based on general formula of RzMxCo1-xSb3-yNy) and copper selenide (Cu2Se) are developed. These materials are promising candidates for use in thermoelectric generators (TEG) or for sensing applications. Using chemical synthesis routes such as chemical co-precipitation, salt melting in marginal solvents and thermolysis, fabrication of these TE materials with good performance can be performed with high degree of reproducibility, in a much shorter time, and easily scalable manner for industrial processes. The TE figure of merit ZT of these materials is comparable to, or better than their conventional method counterparts to ensure the applicability of these processes in industrial scale. Finally, through thorough investigation, optimized consolidation parameters were generated for compaction of each family of materials using Spark Plasma Sintering technique (SPS). As each family of TE nanomaterial investigated in this thesis had little to no prior consolidation literature available, specific parameters had to be studied and generated. The aim of studies on compaction parameters were to focus on preservation of the nanostructured features of the powder while reaching a high compaction density to have positive effects on the materials TE figure of merit. / Dagens fossilbränslebaserade energikällor har en enorm brist gällande effektivitet. Effektiviteten av fossilbränslebaserade teknologiers omvandling är mindre än 40 % i bästa fall. Därför tills förnybar energi är mogen nog att hantera alla energibehov, måste man forska och utveckla teknik för att skörda energi från spillvärme i fossilbränslebaserade försörjningskällor. En av dessa nya tekniker är tillämpning av termoelektriska (TE) material för att uppnå målet. Nämnde material är Soldi-State materialer som kan transformera mellan värme och elektrisk energi. Under det senaste decenniet har det pågått en stor vetenskaplig och ekonomisk investering inom området för att förbättra termoelektriska materials egenskaper. Dessutom ville man ta fram tid/energieffektiva TE material och komponenter för en mer hållbar miljö. I denna avhandling utvecklades och producerades termoelektriska material såsom järn antimonid (FeSb2), skutterudit (baserat på allmänna formeln RzMxCo1-xSb3-YNY) och koppar selenid (Cu2Se) med hjälp av kemiska syntesmetoder. Genom att Använda kemiska syntesmetoder som kemisk samutfällning, salt smältning i marginella lösningsmedel och termolys, kan material med hög grad av reproducerbarhet och ställbar för industriella processer tillverkas.   Termoelektrisk omvandling effektivitet hos uppnådde material är betydligt högre än resultat av andra studier. I och med detta kan man säga att materialet kan användas inom industri. Slutligen, genom en grundlig undersökning optimerades packningsparametrar som genererades för packning av varje materialgrupp med hjälp av Spark Plasma Sintring teknik (SPS). Eftersom ingen relevant studie finns för varje grupp av termoelektriska nanomaterial som undersökts i denna avhandling, studerades och genererades dessa specifika parametrar. Syftet med studien är att fokusera på bevarande av nanostrukturerade egenskaperna hos pulvret och att samtidigt nå en hög packningstäthet för att ha positiva effekter på materialens termoelektriska omvandlingseffektivitet. / <p>QC 20160503</p> / NEXTEC / SCALTEG