L'Usinage Assisté Laser (UAL) est un procédé d'usinage qui consiste à chauffer la pièce à l'aide d'un faisceau laser en amont de l'outil de coupe. La pièce ainsi chauffée voit ses caractéristiques mécaniques chuter, ce qui augmente son usinabilité. Les travaux réalisés ont porté sur l'influence de l'assistance laser sur l'usinabilité et l'intégrité de surface, de plusieurs matériaux: l'acier 42CrMo4, l'acier 100Cr6 traité (57 HRc) et l'alliage de titane Ti6Al4V. La mesure de l'effort de coupe a permis de quantifier l'amélioration de l'usinabilité des matériaux en fonction de la puissance du faisceau d'assistance et des paramètres de coupe. Dans certaines configurations, l'effort de coupe diminue jusqu'à 50 % sur le 100Cr6 et jusqu'à 40 % sur le Ti6Al4V. L'état de surface est peu sensible à la puissance laser. En revanche, les contraintes résiduelles tendent vers la traction avec l'augmentation de la température de surface. Cette modification des contraintes résiduelles provoque, par exemple, une diminution de la limite de fatigue en traction-compression (-30 MPa) des pièces en Ti6Al4V. Parallèlement, la limite de fatigue évolue avec les traitements thermiques de la surface effectués par le laser pendant l'UAL. Sur l'alliage de titane, le traitement thermique laser crée une microstructure aiguillée qui est catastrophique pour la tenue en fatigue. En revanche, sur l'acier 100Cr6, une couche martensitique (en forte compression) est créée en surface ce qui augmente la limite de fatigue d'environ 70 MPa. Des simulations numériques de l'UAL et de l'usinage conventionnel ont été réalisées pour comprendre le rôle du chauffage laser sur la formation du copeau. Les résultats numériques montrent une diminution de l'effort de coupe avec la puissance laser en accord avec les essais expérimentaux. De plus, ils permettent d'optimiser les paramètres de coupe et de connaître les sollicitations mécaniques et thermiques sur l'outil.

Ce travail a porté sur l’influence d’entailles micrométriques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles d’un alliage de titane et la comparaison avec un cas de fretting-fatigue. Des études préliminaire sont montré que des entailles micrométriques pouvaient reproduire les champs de contraintes d’essais de fretting-fatigue. Le projet COGNAC dirigé par Safran Aircraft Engines a été créé dans l’objectif d’évaluer la faisabilité d’un modèle unique capable de simuler la tenue en fatigue de pièces subissant des sollicitations de fretting ou de fatigue en présence d’entailles. Le cadre expérimental de cette thèse est limité à la partie du projet traitant des entailles. Afin d’avoir le même état de préparation de surface, les micro-entailles et les surfaces des éprouvettes de fretting fatigue sont usinées par meulage. Afin de reproduire les gradients de contraintes observés localement pour des chargements de fretting-fatigue, des entailles en V avec des rayons compris entre 50 μm à 500 μm ont été choisies.L’étude du taux de triaxialité et du cisaillement a permis de définir une géométrie d’éprouvette de comparaison avec le fretting fatigue qui comporte 2 entailles en V inclinées en face à face. Trois campagnes expérimentales de fatigue à grand nombre de cycles ont été menées. La première sur des éprouvettes lisses meulées afin d’obtenir une limite de fatigue de référence sans concentration de contraintes. La seconde sur des éprouvettes avec une entaille non inclinée ayant une profondeur de500 μm afin d’étudier les effets du rayon de fond d’entaille sur la limite de fatigue. La dernière est une campagne sur les éprouvettes avec 2 entailles inclinées qui permettent de reproduire les champs de contrainte des essais de fretting. Les premiers stades de fissuration ont été étudiés. Les facettes de pseudo clivage, la présence d’un premier stade de fissuration et les amorçages multiples en fond d’entaille ressemblent à ce qui peut être vu sur des essais de fretting. Par contre la présence de fissures non propageantes en fond d’entaille sous la limite de fatigue n’a pas pu être démontrée, alors que ces fissures non propageantes sont observables sur les essais de fretting-fatigue. Les sites d’amorçages et les mécanismes des premiers endommagements semblent être pilotés par les zones affectées par le meulage. Enfin trois critères de fatigue ont été utilisés afin de tenter de reproduire nos résultats expérimentaux. L’approche basée sur la théorie du gradient –avec un gradient local et un impact affine du gradient- et celle basée sur la théorie de la distance critique ont fourni des résultats corrects sur les éprouvettes entaillées mais ne peuvent faire le lien avec les éprouvettes sans concentrations de contraintes. Enfin, l’approche probabiliste utilisée a produit des résultats très proches des résultats expérimentaux à la fois sur des éprouvettes lisses et des micro-entailles. La comparaison des résultats expérimentaux montrent que le champ de contrainte de Crossland proche de la surface d’amorçage du fretting-fatigue est proportionnel à celui proche d’un fond d’entaille dans le cas d’une éprouvette avec 2 entailles en face à face. Le niveau de la sollicitation des 2 essais diffère localement d’environ20%. Dans la suite des travaux, il serait particulièrement intéressant de relancer une campagne de comparaison entre fretting et entailles en utilisant un critère probabiliste pour dimensionner les essais afin de proposer une méthodologie commune de prise en compte des concentrations de contraintes dans les cas de fretting-fatigue et de concentrateurs géométriques sollicités en fatigue. / This study is about the influence of micro-notches on the high cycle fatigue behavior of a Ti64 alloy and the comparison with similar fretting fatigue tests. Preliminary studies showed that fretting-fatigue stress fields can be reproduced by micro-notched. The COGNAC project leaded by Safran Aircraft Engines was built to verify if a unique model can reproduce both fretting-fatigue and notched samples fatigue tests. The scope of this experimental study is limited to the notched samples. In this PHD thesis, the notches are grinded and the results are compared with fretting-fatigue tests on grinded surfaces. V-notched with notch root radius from 50 to 500 μm were chosen to reproduce the stress gradient of fretting-fatigue tests. A geometry with two inclined notches facing each other allows to reproduce shear stress and stress triaxiality from fretting-fatigue tests. Three different experimental studies were performed. First on un-notched specimens with a grinded surface state to produce a reference fatigue limit for grinded surface state without stress concentration. The second study the notch root radius effect on the fatigue limit with samples with one non-inclined notch of 500 μm of depth. The last one is a series of fatigue tests on samples with two inclined notches that reproduce the stress distribution of fretting-fatigue tests. Pseudo-cleavage facets, multi cracks initiations in the notch root and the presence of two propagation stages is similar to the fretting-fatigue tests mechanisms. However, non propagating cracks were not observe at the notch root while many of them were present during the fretting-fatigue test. The initiation sites and the early stages of propagation seem to be controlled by grinded affected areas. Finally, three fatigue criteria were used to try to reproduce the experimental results. The criteria based on the critical distance theory and gradient theory –with a local gradient and an affine effect of the gradient term- can reproduce the fatigue limits of notched samples but fail to predict both notched and un-notched specimen fatigue limits with a unique data set. The third one is a probabilistic criterion which success to predict the experimental fatigue limits not only of notched samples but also smooth ones. The comparisons between the experimental results of the fatigue on the specimens with two inclined notches and the fretting-fatigue shows a difference of 20%. The distribution of the Crossland stress is quite similar. In the future, it would be useful to make a new comparison between fretting-fatigue and fatigue on notches using the probabilistic criterion to design the tests. This new comparison could lead to the proposal of a unique methodology to take into account the fretting-fatigue and the fatigue on stress concentrators.

Les performances des matériaux routiers se dégradent dans le temps sous l’effet des sollicitations mécaniques et environnementales. Parmi les facteurs influents, l’eau apparait comme l’un des éléments principaux impliqués dans les mécanismes de dégradation en provoquant une décohésion progressive du matériau. Les essais normalisés disponibles en France et à l’International permettant d’évaluer en laboratoire le comportement du mélange en présence d’eau peinent à prédire son comportement sur site. Il apparait donc nécessaire de comprendre plus fondamentalement l’évolution du matériau en présence d’eau pour prédire et prévenir de l’action de l’eau. A l’inverse du mouillage, le démouillage est défini comme le retrait du film de bitume à la surface du granulat. Il pourrait être à l’origine de la dégradation des matériaux routiers en présence d’eau. Une méthodologie expérimentale a été développée pour caractériser le phénomène de démouillage à partir d’un système modèle bitume/granulat. De plus, des essais normalisés ont été réalisés sur des mélanges foisonnés et compactés. Les protocoles expérimentaux des essais se différencient par le mode de conditionnement et le type de sollicitation mécanique. Les avantages et les limites des différents essais sont exposés. Les différents modes de dégradation identifiés ont été interprétés à la lumière des connaissances acquises lors de l’étude du démouillage de systèmes modèles. Ce travail a également permis de définir le pouvoir discriminant des essais et de sélectionner les plus pertinents pour évaluer l’impact de différents paramètres de formulation sur la durabilité des enrobés bitumineux en présence d’eau et notamment l’additivation chimique du bitume. / Performance of asphalts pavement are lowered under mechanical and environmental loadings. Among influent factors, water appears to be one of the major element leading to deterioration of the material cohesion. Numerous test in the world are available to evaluate moisture damage in laboratory. However, most of them show poor correlation with field performances. A fundamental understanding is still needed to predict and prevent its effects.Contrary to wetting, stripping is defined as the shrinkage of the bitumen on aggregate surface. It could be one of the road pavement materials moisture damage mechanisms in presence of water. An experimental method was used to characterize the stripping kinetic using a model bitumen/aggregate interface. Additionally, standardized laboratory tests were carried out on loose and compacted mixes. Experimental procedures vary from one to another regarding conditioning process and mechanical loading types. Advantages and limits of these test methods are exposed. Different moisture damage mechanism have been identified using the acquired knowledge from the stripping evaluation on model system. This work also allow to evaluate the discriminating power of test methods. It allows to select the most relevant one able to evaluate several parameter influences on material durability in presence of water,in particular the chemical additivation of bitumen.

Devant l’augmentation constante de la demande énergétique mondiale, la protection des installations électriques contre les effets de la foudre ou des instabilités du réseau nécessite des équipements toujours plus performants et adaptés. La technologie céramique apporte une solution à ce problème grâce à des dipôles à base d’oxyde de zinc possédant des propriétés électriques non linéaires se traduisant par une décroissance de leur résistance à mesure que la tension augmente. La tendance actuelle dictée par des défis technico-économiques et les nouvelles normes européennes conduit à réduire le poids et les dimensions de ces dipôles ou varistances : L’objectif et les principaux résultats de cette thèse sont : 1- Transfert à l’échelle pilote (100kg) de varistances miniaturisées à très haute tenue énergétique pouvant supporter plus de 300J.cm-3 en onde rectangulaire de courant de 800A en conformité avec la norme CEI 600 99-4 de 2006 [Classe III 10kA-5kV] 2- Pour atteindre les objectifs, il a été nécessaire d’abaisser les tensions d’écrêtage de 3%±0.2%. Ce fléchissement est apparemment modeste mais il est associé à une augmentation de la densité de courant traversant la céramique de plus de 30% / With the constant increase of world energy demand, the protection of electrical installations against the effects of lightning or network's instabilities, requires equipment more powerful and adapted. Ceramic technology brings a solution to this problem thanks to zinc oxide dipoles having nonlinear electric properties resulting in a decrease of their resistance as the tension increases. The current trend driven by technico-economic challenges and new European standards results in reducing the weight and dimensions of these dipoles or varistors: The objective and the principal results of this thesis are: 1- Transfer on the semi-industrial scale (100kg) of miniaturized varistors with very high energy capability being able to support more 300J.cm-3 in rectangular wave of current of 800A in conformity with standard CEI 600 99-4 of 2006 [Class III 10kA-5kV] 2- To achieve these goals, it was necessary to lower the clamping voltage of 3%±0.2%. This bending is apparently modest but it is associated with an increase of current density crossing the ceramics of more than 30%

Les composites C/C sont des matériaux très utilisés dans de nombreuses applications pour leurs propriétés exceptionnelles. Néanmoins, ils présentent l'inconvénient de s'oxyder dès les basses températures. Le travail dans cette thèse a consisté en l'élaboration de dépôts de carbures de silicium (SiC) et d’hafnium (HfC) par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) afin de protéger en surface ces composites jusqu’à 2000°C. Cette voie d'élaboration permet l'obtention de dépôts denses et continus. Dans un premier temps, une étude thermodynamique du système chimique Hf-Cl-C-H a permis d’appréhender les conditions de dépôt d’HfC et de tracer des diagrammes de dépôt directement utilisables par l’expérimentateur. Ensuite, après avoir déterminé les conditions expérimentales de chloruration de l’hafnium, étape antérieure à la CVD, et après avoir examiné les compatibilités chimiques des deux carbures par Spark Plasma Sintering (SPS), une étude expérimentale paramétrique de la CVD d’HfC a été proposée. Cela a permis la détermination des conditions optimales de dépôt permettant l’obtention d’une protection multiséquencée HfC/SiC, les conditions de dépôt du SiC étant reprises de la littérature. En plus du procédé de CVD, un autre type de concept portant sur l'enrobage de poudres d'HfC par le SiC, puis frittées par la suite, a également été traité. Enfin, les matériaux fondés sur ces deux concepts ont été testés en oxydation à très haute température. Les résultats obtenus ont permis la validation du matériau multiséquencé à 2000°C et le matériau fritté à 1500°C. / Carbon/Carbon composites are widely used materials in many fields of application for their outstanding properties. Nevertheless, these materials have the drawback of oxidizing at very low temperatures. The aim of this work consisted in depositing by means of Chemical Vapour Deposition (CVD) coatings made of silicon carbide (SiC) and hafnium carbide (HfC) in order to protect the composite up to 2000°C in an oxidizing atmosphere. This way of manufacturing has allowed reaching dense and continuous coatings. First, a thermodynamic study of the Hf-Cl-C-H chemical system has permitted to study the influence of HfC deposition parameters and to report them into deposition diagrams. Then, after the study of experimental conditions in the metallic hafnium chlorination step and the examination of chemical compatibilities of the two carbides by Spark Plasma Sintering (SPS), a parametric study of the CVD of HfC has been carried out. This has enabled determination of optimal deposition conditions of HfC in order to manufacture an HfC/SiC multilayered protection. SiC experimental conditions were taken from the literature. Besides the materials made by CVD, another kind of material protection made of HfC powder coated with SiC and then sintered has been also studied. Finally, materials based on those two protection concepts have been oxidized at very high temperature. Results have enabled to validate the multilayered protection up to 2000°C and the HfC/SiC sintered powder up to 1500°C.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche d'une alternative à l'utilisation du gaz hexafluorure de soufre (SF6) dans l'appareillage électrique Haute Tension et plus particulièrement les postes à isolation gazeuse. Ce gaz possède de bonnes propriétés diélectriques mais son potentiel de réchauffement global (GWP) est estimé à 23900 fois celui du dioxyde de carbone (CO2). Malheureusement, les gaz dits simples tels que l'azote (N2) présentent une tenue diélectrique deux à trois fois plus faible que celle du SF6. Dans le but d'améliorer la tenue diélectrique du système, on se propose d'appliquer sur les conducteurs un revêtement isolant à base de silicone constitué d'une sous-couche semi-conductrice d'épaisseur 0.5 mm et d'une couche isolante d'épaisseur 1.5 mm, afin de limiter ou supprimer le rôle des électrons du métal. Les essais diélectriques réalisés sous une tension de choc de foudre dans des conditions expérimentales proches de la pratique industrielle montrent qu'en présence de N2 la tenue diélectrique du système avec revêtement est régie par le gaz. Par conséquent, l'application du revêtement sur les conducteurs diminue la tenue diélectrique du système (effet capacitif). Ces essais montrent, cependant, qu'il est possible d'améliorer la tenue diélectrique du système avec le revêtement, en présence de SF6 en polarité négative. Les paramètres importants semblent être la propreté du gaz, le degré d'ionisation du gaz et surtout les charges qui se déposent à l'interface gaz-revêtement qui, dans certaines conditions, ont un effet bénéfique : ce dernier résultat donne une piste aux travaux futurs.

L'introduction des technologies MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems") dans les modules hyperfréquences répond au besoin croissant en systèmes de communications intégrables, reconfigurables et présentant d'excellentes performances électriques jusqu'aux fréquences millimétriques. Le développement de nouvelles architectures intelligentes jusque là inaccessibles aux technologies traditionnelles est également envisageable grâce à ces composants. Cela dit, la conception multi-physique de ces circuits alliant des aspects électrostatiques, mécaniques et électromagnétiques reste difficile à mettre en Suvre et complique leur optimisation. De plus, peu de recherches se sont focalisées sur la tenue en puissance de ces composants, pourtant primordiale pour envisager leur intégration dans des chaînes d'émission radio fréquences. Nos travaux de thèse ont porté sur la conception et la caractérisation de micro-interrupteurs MEMS de puissance et de circuits hyperfréquences les intégrant et opérant en bande X (10GHz). Le premier chapitre présente une méthodologie multi-physique de conception de commutateurs MEMS RF électrostatiques à contact capacitif réalisés au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes. Cette méthodologie, associée à une topologie optimale de micro-commutateurs, a permis un prototypage efficace de commutateurs MEMS et a été validée expérimentalement grâce à des structures montrant d'excellentes performances hyperfréquences. Le second chapitre s'intéresse à l'optimisation en puissance de commutateurs MEMS RF. Nous avons développé une méthodologie de prédiction de la puissance maximale de fonctionnement pour ces composants. Cette méthodologie a été ensuite utilisée pour loptimisation en puissance du commutateur développé dans le chapitre 1. Un dimensionnement ainsi que lensemble des résultats de simulations sont présentés et validés expérimentalement. Enfin le dernier chapitre présente la mise en application des méthodologies décrites aux deux premi ers chapitres pour la conception d'un circuit de commutation de puissance large bande 6-18 GHz basé sur des topologies série et parallèle d'interrupteurs MEMS. Les structures ont ainsi été optimisées, fabriquées et mesurées. Elles présentent dexcellentes performances RF sur une large gamme de fréquence.

Le compromis entre la résistance passante spécifique et la tenue en tension a toujours été un point pénalisant les performances statiques des structures MOS de puissance conventionnelles. Depuis 1997, de nouveaux concepts, tels que la Superjonction, la U-diode et la FLI-diode, sont apparus pour dépasser les limites conventionnelles du silicium, qui apparaissaient depuis une vingtaine d'années comme "infranchissables". Deux de ces concepts sont issus de nos travaux de recherche : il s'agit de la U-diode et de la FLI-diode qui font l'objet de ce mémoire. Ces deux diodes ont été étudiées et leur principe de fonctionnement a été appliqué aux composants MOS de puissance latéraux et verticaux. Concernant les composants facilement intégrables, c'est-à-dire essentiellement les composants MOS latéraux, le concept le plus intéressant est celui de la U-diode : dans la gamme des basses tensions de claquage (en dessous de 100 Volts), plusieurs structures, nommées LUDMOS, présentent un excellent compromis entre résistance passante spécifique et tenue en tension proche et même parfois meilleur que la limite du silicium. Concernant les composants MOS verticaux, préférentiellement utilisés en tant que composants discrets, c'est le concept de la FLI-diode qui est apparu le plus "prometteur". En effet, les composants FLIMOS verticaux présentent des tenues en tension supérieures à celle de la jonction plane et des résistances passantes spécifiques fortement améliorées et inférieures à la limite du silicium. La réalisation technologique du premier transistor FLIMOS 80 Volts pour l'électronique automobile du futur (batteries 42 Volts) a permis la validation de ce concept. Grâce à ces nouveaux concepts, de nouvelles limites pour le silicium ont été définies : la limite conventionnelle est désormais dépassée. Les solutions innovantes proposées ont donc montré que le silicium avait encore de l'avenir dans le domaine des composants et de l'intégration de puissance.

Les nouveaux systèmes développés par le secteur automobile font de plus en plus appel à l'électronique et nécessiteront bientôt plus de puissance que ce que peuvent fournir les batteries 12 et 24 Volts actuelles. C'est dans ce cadre que de nouvelles batteries 42 Volts vont être introduites. Dans un premier temps, nous avons montré que les solutions "classiques", permettant de diminuer la résistance à l'état passant des composants unipolaires conventionnels, n'étaient plus satisfaisantes car elles se heurtaient à une limitation fondamentale, dite "limite du silicium". C'est pour cette raison que nos travaux de recherche se sont orientés vers de nouveaux transistors MOS de puissance (FLYMOS") adaptés au 42 Volts. Le travail présenté dans ce mémoire est basé sur le concept des îlots flottants (FLi-Diode) et de son application aux composants MOS (FLYMOS"), afin d'améliorer le compromis "tenue en tension/ résistance à l'état passant". Ce concept consiste en l'introduction d'une région flottante P dans une zone N- afin d'étaler le champ électrique dans le volume : la tenue en tension peut ainsi être augmentée sans pour autant dégrader la résistance à l'état passant. Dans un deuxième temps, les paramètres technologiques ont été optimisés à l'aide de la simulation physique bidimensionnelle pour concevoir un transistor FLYMOS" (cellules de bord et centrale) présentant un compromis optimal entre tenue en tension et résistance à l'état passant. Le concept des îlots flottants a ensuite été validé par la réalisation technologique de FLi-Diodes et de FLYMOS" basse tension (BVdss < 100V). Les meilleurs transistors FLYMOS" ainsi réalisés présentent une tenue en tension supérieure à la tenue en tension de la jonction plane et une résistance à l'état passant fortement améliorée puisqu'elle est proche de la limite conventionnelle du silicium.

Ce travail est dédié aux phénomènes de préclaquage et de claquage dans les diélectriques liquides. Il est montré que dans un système d'électrodes pointe - plan, la génération des streamers est précédée par la formation d'une phase gazeuse (bulle) au voisinage de la pointe, résultant de l'injection d'une impulsion de courant dès que la tension appliquée atteint ou dépasse une certaine valeur seuil Us. Us augmente quasi-linéairement avec la pression. L'addition d'une certaine concentration de composés capteurs d'électrons augmente Us, preuve que les mécanismes électroniques sont également présents. L'analyse de la dynamique de la bulle montre que deux types de déformation de la surface de la bulle sont possibles: (i) une expansion ou une implosion et (ii) des mouvements alternatifs d'expansion et/ou implosion. Selon les modes de perturbation de l'interface, différents types de streamers peuvent prendre naissance. D'autre part, la tension de claquage d'un diélectrique liquide augmente en présence d'une concentration optimale donnée d'additifs capteurs d'électrons (Iodobenzène ou tétrachlorure de carbone). Par conséquent, en agissant sur la tension de génération des streamers, on peut améliorer la tenue diélectrique du liquide même si la vitesse des streamers est augmentée. En augmentant la pression, on peut aussi relever la tenue diélectrique d'un liquide. Une modélisation des streamers par des circuits électriques équivalents et leur résolution par le calcul de réseaux a permis de déterminer la structure des streamers ainsi que leurs paramètres caractéristiques : courants, charges, puissances et énergies injectés, champs électriques et différences de potentiel à leurs têtes, vitesse et mobilité des porteurs de charge dans le streamer, viscosité et température locales.