Ce travail de thèse est consacré à l'optimisation du processus de fabrication des supraconducteurs à basse température (SBT) et à haute température (SHT). Le but est l'optimisation de fabrication de ces produits.Le premier chapitre est dédié au processus de production des SBT. La recherche concerne le problème de réchauffement de la surface des fils par les forces de friction lors du processus d’étirage. Le processus de réchauffement/refroidissement génère des contraintes résiduelles. Cet aspect a été traité dans ce chapitre. On y présente également une méthode pour déterminer les angles optimaux des outils utilisés dans la fabrication des supraconducteurs.Le deuxième chapitre donne une présentation générale des SHT. On donne d’abord l’historique de ces produits, ensuite les développements en cours et les perspectives. Il présente aussi le processus de fabrication de ce matériel et ses défis. Le chapitre traite en particulier des SHT de deuxième génération et montre l’intérêt de l’emploi de la modélisation numérique.Le troisième chapitre présente un modèle simplifié pour le comportement mécanique des SHT. Ce modèle est basé sur la théorie classique des poutres associée à une discrétisation de la poutre en sous-couches travaillant en traction-compression. Ce modèle prend en compte le comportement plastique des composantes de la poutre SHT. Le modèle a été implémenté dans un environnement MATLAB. La validation du modèle est effectuée par sa confrontation à des analyses par éléments finis. Le modèle est ensuite utilisé pour l'analyse des configurations industrielles dans un but d’optimisation.Le quatrième chapitre présente la vérification numérique du modèle décrit dans le chapitre précédent sur un essai de flexion effectuée en laboratoire sur une bande «poutre» en SHT. La comparaison entre les résultats numériques et les données expérimentales montre le bon fonctionnement du modèle développé. / This thesis is devoted to the optimization the process of production of low-temperature superconductor (LTS) as well as high-temperature superconductor (HTS) products. The aim of the work is the optimization of the fabrication process. Chapter 1 deals with the process of production of low-temperature superconductors. It provides analysis of the heating/cooling phenomena in the fabrication process. The chapter also proposes a method for determining the optimum angles of tools used in the fabrication of low-temperature superconductor. Chapter 2 provides a general presentation of the high-temperature superconductors (HTS). The history of development of this material is summarized. The chapter gives a particular focus on the 2nd Generation of HTS. After a presentation of the structure of the high-temperature superconductor, the fabrication process and the challenges, we present the need for the use of numerical model on the design and fabrication of HTS.Chapter 3 presents a simplified model for HTS beams. This model is based on the classical beam theory together with the discretization of each layer in small sub-layers working under purely axial stresses. The model takes into consideration the plastic behavior of the HTS constitutive materials. This model was implemented using MATLAB software. It presents also the validation of this model by its confrontation to finite element analyses as well as its use in the optimal design of HTS. Chapter 4 presents the verification of the numerical model presented in the previous chapter for high-temperature multilayer 2G. The verification is carried out on a bending beam test conducted on a high-temperature superconductor tape. The test was presented first. The comparison of the numerical and experimental results allows the validation of the simplified model on experimental tests.

Le développement dans la dernière décennie des systèmes photovoltaïques concentrés a augmenté le besoin de gérer le budget thermique dans le récepteur pour empêcher sa surchauffe et gérer les pertes de performances liées à la température. Ce projet de maîtrise s'inscrit dans le cadre du développement d’un système solaire fortement concentré en collaboration avec des partenaires industriels. Notre partenaire industriel a mis au point une solution de production d’énergie photovoltaïque de haute concentration à l’échelle commerciale, mais il reste à valider la conception du système adopté. Le projet concerne l'étude du récepteur photovoltaïque qui est composé d’un réseau dense de 800 cellules solaires triple jonctions, montées sur un substrat. Ce dernier est composé d’un empilement de couches et un échangeur de chaleur pour refroidir le récepteur. Puisque notre récepteur absorbera un grand flux de chaleur, il y aura des contraintes dues à la non-concordance des coefficients de dilatation thermique entre ses différentes couches. Ces déformations pourraient provoquer la rupture de contact entre les cellules solaires, et ainsi la défaillance électrique du récepteur. Pour cela, ces travaux de recherche ont porté sur une étude thermomécanique du récepteur. En effet, l’étude de la dilatation de l'assemblage multicouche a permis d’acquérir une connaissance d’analyse thermomécanique de la tenue de la structure multicouche vis-à-vis d’un chargement thermique. Puis, le comportement des époxys, conducteur et isolant électrique utilisés pour fixer les cellules sur le substrat, a été étudié en fonction de plusieurs paramètres géométriques et des propriétés matérielles. La différence des coefficients d’expansion thermiques (CTE) des époxys, était le paramètre clé pour varier les contraintes dans les interconnexions. Conséquemment, on a utilisé deux époxys avec deux CTE proches pour diminuer les contraintes induites dans les deux époxys. De plus, vu que la structure se compose des couches usinées, on a créé des abaques de variation de rigidité effective en fonction des facteurs de formes dimensionnels des couches usinées. Enfin, le travail a permis de mettre en place des essais expérimentaux pour s’assurer du fonctionnement du récepteur à haute température. Par conséquent, on a validé l’utilisation de l’époxy dans la conception adoptée vu que la déformation maximale supportée par ce dernier ([epsilon Minuscule][indice inférieur m ax]=0.167 %) est supérieure à la déformation maximale qu’il peut avoir au cours de l'opération ([epsilon Minuscule][indice inférieur époxy]=0.0048%). Ensuite, les exigences de récepteur en termes de fonctionnement à haute température ont été fixées, comme l’écart maximal que l’époxy peut supporter pour la liaison des cellules entre deux unités du récepteur qui est [delta Majuscule]Gap[indice inférieur limite] [epsilon Minuscule] [[Plus ou moins]46 [mu Minuscule]m, [Plus ou moins]53 [mu Minuscule]m].

Dans un premier temps, nous nous intéressons à la modélisation de la couleur de la peau. Cette dernière est une structure multicouche, chacune contenant des centres diffuseurs de différentes tailles. L'interaction lumière/matière dans un tel milieu est modélisée par l'équation de transfert radiatif, résolue par la méthode de la fonction auxiliaire. Les propriétés optiques des centres diffuseurs sont soient déterminées par la théorie de Mie, soient trouvées dans la littérature. Un modèle optique est développé et validé par des spectres de réflexion diffuse mesurés sur des peaux réelles. L'influence des paramètres physiologiques est ensuite étudiée. Enfin, le problème est inversé et ces paramètres physiologiques sont déterminés à partir d'un spectre mesuré. Dans un second temps, nous nous intéressons aux carnations dans les peintures de chevalet occidentales. Une étude bibliographique et expérimentale sur de vraies œuvres révèle des similitudes entre les carnations et la peau réelle. Il en ressort aussi que les pigments ont peu changé au cours des siècles, contrairement aux techniques picturales (caractérisées principalement par le liant). L'influence des liants sur l'aspect visuel des peintures, c'est-à-dire la brillance (diffusion de surface) et la couleur (diffusion de volume), est étudiée expérimentalement sur des échantillons, réalisés avec 5 liants et 4 pigments. On discrimine trois types de liants: les liants aqueux, la tempera à l'œuf et l'huile de carthame. La brillance vient principalement du taux d'évaporation du solvant des liants et la couleur provient principalement des indices de réfraction des liants. Ces conclusions peuvent être légèrement modifiées selon les pigments.

Le d??veloppement dans la derni??re d??cennie des syst??mes photovolta??ques concentr??s a augment?? le besoin de g??rer le budget thermique dans le r??cepteur pour emp??cher sa surchauffe et g??rer les pertes de performances li??es ?? la temp??rature. Ce projet de ma??trise s'inscrit dans le cadre du d??veloppement d???un syst??me solaire fortement concentr?? en collaboration avec des partenaires industriels. Notre partenaire industriel a mis au point une solution de production d?????nergie photovolta??que de haute concentration ?? l?????chelle commerciale, mais il reste ?? valider la conception du syst??me adopt??. Le projet concerne l'??tude du r??cepteur photovolta??que qui est compos?? d???un r??seau dense de 800 cellules solaires triple jonctions, mont??es sur un substrat. Ce dernier est compos?? d???un empilement de couches et un ??changeur de chaleur pour refroidir le r??cepteur. Puisque notre r??cepteur absorbera un grand flux de chaleur, il y aura des contraintes dues ?? la non-concordance des coefficients de dilatation thermique entre ses diff??rentes couches. Ces d??formations pourraient provoquer la rupture de contact entre les cellules solaires, et ainsi la d??faillance ??lectrique du r??cepteur. Pour cela, ces travaux de recherche ont port?? sur une ??tude thermom??canique du r??cepteur. En effet, l?????tude de la dilatation de l'assemblage multicouche a permis d???acqu??rir une connaissance d???analyse thermom??canique de la tenue de la structure multicouche vis-??-vis d???un chargement thermique. Puis, le comportement des ??poxys, conducteur et isolant ??lectrique utilis??s pour fixer les cellules sur le substrat, a ??t?? ??tudi?? en fonction de plusieurs param??tres g??om??triques et des propri??t??s mat??rielles. La diff??rence des coefficients d???expansion thermiques (CTE) des ??poxys, ??tait le param??tre cl?? pour varier les contraintes dans les interconnexions. Cons??quemment, on a utilis?? deux ??poxys avec deux CTE proches pour diminuer les contraintes induites dans les deux ??poxys. De plus, vu que la structure se compose des couches usin??es, on a cr???? des abaques de variation de rigidit?? effective en fonction des facteurs de formes dimensionnels des couches usin??es. Enfin, le travail a permis de mettre en place des essais exp??rimentaux pour s???assurer du fonctionnement du r??cepteur ?? haute temp??rature. Par cons??quent, on a valid?? l???utilisation de l?????poxy dans la conception adopt??e vu que la d??formation maximale support??e par ce dernier ([epsilon Minuscule][indice inf??rieur m ax]=0.167 %) est sup??rieure ?? la d??formation maximale qu???il peut avoir au cours de l'op??ration ([epsilon Minuscule][indice inf??rieur ??poxy]=0.0048%). Ensuite, les exigences de r??cepteur en termes de fonctionnement ?? haute temp??rature ont ??t?? fix??es, comme l?????cart maximal que l?????poxy peut supporter pour la liaison des cellules entre deux unit??s du r??cepteur qui est [delta Majuscule]Gap[indice inf??rieur limite] [epsilon Minuscule] [[Plus ou moins]46 [mu Minuscule]m, [Plus ou moins]53 [mu Minuscule]m].

Les chaussées subissent des sollicitations liées au trafic et au climat conduisant à leur dégradation, par fissuration notamment. Il est nécessaire dans le contexte actuel de pouvoir modéliser le comportement de ces structures multicouches endommagées afin de prévoir leur durée de vie résiduelle ou dimensionner des solutions de renforcement. L’objectif de la thèse est ainsi de proposer un outil de calcul dédié à l'analyse 3D des chaussées fissurées ou comportant des discontinuités. L’approche retenue repose sur la modélisation simplifiée d’une chaussée par un empilement de plaques du Modèle Multi-particulaire des Matériaux Multicouches à 5n équations d’équilibre (M4-5n). Un outil de calcul rapide de référence de chaussées 2D fissurées et une méthode de résolution générale du M4-5n par Eléments Finis mixtes sont développés. Le point de départ de la méthode de résolution est l’écriture, pour le M4-5n, du principe variationnel basé sur le théorème de l'énergie complémentaire où la condition de contraintes statiquement admissibles est assurée à partir de multiplicateurs de Lagrange. La discrétisation des efforts généralisés utilise des espaces d’interpolation permettant le bon conditionnement du système d’équations algébriques à résoudre et garantissant la stabilité de la solution. La méthode est implémentée dans FreeFem++. Elle ramène le problème 3D initial à une modélisation EF 2D et conduit à des valeurs finies des efforts généralisés au niveau des fissures ou décollement d’interface. L’outil de calcul final ainsi développé est validé et appliqué à l’étude de la réponse d’une structure fissurée,représentative d’une chaussée testée en vraie grandeur sur le site de l’IFSTTAR. / Pavements are multilayer structures which undergo cracking distress due to traffic and climatic factors. It is important nowadays to be able to model the mechanical response of such damaged pavements in order to assess their residual lifetime or to design reinforcement solutions. In this context, the present thesis aims at developing a numerical tool dedicated to the analysis of pavements incorporating cracks or discontinuities. In the developed approach, the pavement structure is modeled as a stacking of “plate” elements of typeM4-5n (Multi-Particle Models of Multilayer Materials) which considers 5n equilibrium equations. A reference quick 2D calculation tool for cracked pavements and a general solving of M4-5n by the mixed Finite Element (FE) method was developed. The starting point for this method is the derivation for M4-5n of the variational principle based on the complementary energy theorem whose condition of statically admissible stress is taken into account using Lagrange multipliers. Discretization of the generalized stresses involves interpolation spaces, proposed to avoid ill-conditioned system of algebraic equations after discretization and to insure stability of the solution. The developed method is implemented in a FreeFem++ script. In this method, the initial 3D problem can be handled through FE simulations in 2D and finite values of the generalized stresses are obtained at crack and interlayer debonding locations. The developed numerical tool was validated and applied to the study of the mechanical response of a structure with cracks representative of a pavement tested underfull-scale conditions during an accelerated fatigue test performed at IFSTTAR.