La seconde génération de rubans supraconducteurs utilisant une couche déposée et épitaxiée de supraconducteur YBa2Cu3O7-x (YBCO) est étudiée de façon intense (coated conductors). Une architecture simple à bas coût a été choisie, avec une seule couche tampon de La2Zr2O7 (LZO), épitaxiée sur un ruban de Ni95W5 texturé bi-axialement. L'objectif de cette thèse était d'identifier les paramètres pertinents du processus de texturation sur des rubans d'alliage Ni95W5 laminés par APERAM à partir d'une coulée industrielle et ceux contrôlant l'épitaxie de la couche tampon de (LZO). Le rôle de la fonctionnalisation du substrat pour l'épitaxie de cet oxyde sur la surface du métal a été en particulier étudié. Parallèlement, la faisabilité d'un procédé de recuit de texturation et de fonctionnalisation du substrat métallique au défilé, en vue d'un traitement continu pour un développement industriel, a été étudiée.

Le polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire (PE-UHPM) est un matériau utilisé comme composant d’appui dans les prothèses articulaires, dont la durabilité dépend des propriétés chimiques et mécaniques de ce polymère. Une des principales étapes de la production de composants en PE-UHPM pour les prothèses est la réticulation par irradiation qui améliore considérablement la résistance à l'usure, mais dans le même temps, réduit drastiquement la stabilité chimique, la résistance à la traction et la résistance à la fracture du PE-UHPM. La texturation, définit comme un procédé induisant la formation d'un réseau de molécules alignées,pourrait être un traitement alternatif à la réticulation, car elle peut augmenter la résistance à la traction et la résistance à la fracture d'un polymère sans altérer ses propriétés chimiques. Cependant,peu d'informations sont connues sur l'effet de l'orientation initiale des chaînes sur le glissement et le comportement à l’usure du PE-UHPM texturé. Dans cette thèse, l'effet de l'état d'orientation des chaînes sur le comportement au glissement et à l'usure du PE-UHPM est étudié, ainsi que les mécanismes sous-jacents. / Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is a material widely used as bearing material in joint prostheses whose durability depends on its chemical and mechanical properties. One of the main steps in the production of UHMWPE parts for prostheses is an irradiation-induced cross-linking that considerably improves wear resistance, but at the same time lowers drastically the chemical stability, tensile strength, and toughness of UHMWPE.Texturing like e.g. the formation of a stretched molecular network, could be an alternative treatmentto cross-linking, since it can increase strength and toughness of a polymer without altering itschemical properties. However, little information is yet available about the effect of chain orientationon the sliding and wear behaviour of textured UHMWPE. In this PhD thesis, the effect of the chainorientation state on the sliding and wear behaviour of UHMWPE is investigated as well as the underlying mechanisms.

Dans cette thèse, les mécanismes de rayures en contact glissant sur des empilements de couches minces de faible adhésion ont été étudiés grâce à un tribomètre bille/plan à vision in-situ. Dans le cadre de ce travail, des expériences ont été menées sur un empilement modèle : verre/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4 et l'impact de plusieurs paramètres a été étudié : force, taille de la bille, épaisseur de la surcouche, adhésion et coefficient de frottement.Nous avons montré que la rayure se déroule en trois phases successives : initiation, développement et régime stationnaire. L'initiation débute par une fissuration transverse de l’empilement suivi par un délaminage due à la bifurcation de la fissure à l’interface au-dessus de l’argent. Seule la taille caractéristique de ces phénomènes dépend de paramètres comme l'épaisseur des couches ou l'adhésion. Après l'initiation, un phénomène de plissage en milieu confiné se produit et permet de débuter la construction d'un tas de débris à l’avant du frotteur par accumulation. Finalement, en régime stationnaire, on constate que la rayure est uniquement pilotée par l’interaction entre le tas de débris et la couche. On a montré que la complexité de cette interaction rend toute mesure d’adhésion à partir des caractéristiques post-mortem de la rayure quasi-impossible.Finalement, il a été montré qu'il est possible d'améliorer la résistance à la rayure d’un empilement en texturant à l'échelle nanométrique sa couche d'argent. L’origine de cette amélioration vient d’une augmentation de l'adhésion par un effet de piégeage qui a été étudié à l'aide d'expériences de clivage. / In this PhD thesis, the scratch mechanisms during sliding contact on thin layers with low adhesion have been investigated with a ball on plane tribometer that allows in-situ microscopic observations. In this work, experiments were carried out on glass/ZnO/Ag/ZnO/Si3N4 model stacks and the impact of several parameters was studied: force, size of the ball, thickness of the overcoat, adhesion and friction coefficient.We have shown that the scratch process has three successive phases: initiation, development and steady state. Initiation begins with transverse cracks in the stack followed by delamination due to crack bifurcation at the interface above the silver layer. Only the characteristic size of these phenomena depends on parameters such as the thickness of the layer or its adhesion. After initiation, a phenomenon of pleating occurs even if confined under the contact and leads to the building of a pile of debris at the front of the contact zone by accumulation. Finally, in steady state, the scratch is only driven by the interaction between the pile of debris and the layers. It has been shown that the complexity of this interaction makes quasi-impossible any measure of adhesion based on the post mortem characteristics of the scratch.Finally, it has been shown that it is possible to improve the scratch resistance of a stack by patterning its silver layer at nanoscale. The origin of this improvement derives from an increase of adhesion due to pinning effect which has been demonstrated by using cleavage experiments.

Les émissions de polluants dans l’atmosphère représentent l’un des objectifs majeurs à l'heure actuelle. Dans le domaine automobile, la réduction des émissions de CO2 repose en partie sur l’amélioration du rendement moteur. Pour ce faire, ces travaux de thèse sur la texturation de surface à micro et nano échelle proposent de diminuer les pertes par frottements dans les moteurs thermiques alternatifs à combustion interne. Le poste moteur retenu dans cette thèse est le segment/piston/chemise car près de 40 % des pertes par frottement y sont générées. On s’intéresse à la texturation par LASER femtoseconde de cavités sur la surface du segment coup de feu. Le comportement tribologique de surfaces texturées est étudié en régime ElastoHydroDynamique (EHD) et Limite. En régime EHD, la capacité de formation d’un film lubrifiant et le contrôle du frottement en surface texturée indique un comportement tribologique dépendant du couplage entre les paramètres expérimentaux - cinématique des surfaces, pression de contact, taux de rétention en huile et temps de résidence des textures dans le contact et les paramètres géométriques - diamètre, profondeur, densité de textures. En régime Limite, l’influence des textures sur le comportement tribologique a permis de confirmer l’hypothèse sur le rôle de piégeage des débris par les cavités et de mettre en évidence des configurations de réseaux réduisant le coefficient de frottement pour des profondeurs faibles. / Nowadays pollutant emissions in the atmosphere are at stake. In the field of automotive industry, the reduction of CO2 emissions lies mostly on improving engine efficiency. This study about textured surface on micro- and nano-scale aims to diminish the friction losses in internal combustion engine.The main element is the piston ring pack because of the creation of 40 percent in friction losses. This analysis consists in LASER texturing with cavities on the surface of the first piston ring. The tribological behavior of textured surfaces is lead in Boundary and ElastoHydroDynamic (EHD) regime. In EHD regime the impact on load capacity of lubricant and frictional behavior in textured surface show linking between experimental parameters as surfaces cinematic, contact pressure, retention volume of oil, the dwelling time of cavities and the geometrical parameters as diameter, cavity depth and cavity density. In Boundary lubrication, the effect of cavities on tribological behavior has led to confirm the hypothesis of trapped debris in the cavities and to make in evidence swallow network of cavities reducing friction coefficient.

Le poly-aryl-éther-éther-cétone (PEEK) est un polymère thermoplastique qualifié de haute performance. Celui-ci suscite l’intérêt de la recherche et de l’industrie pour ses propriétés mécaniques remarquables et sa grande stabilité chimique. Cependant, le PEEK reste relativement sensible à l’usure. Le dépôt d’un revêtement dur à la surface d’un matériau sujet à l’usure est un moyen de protéger ce dernier de l’usure. Les revêtements de type diamond-like carbon (DLC) sont des matériaux connus pour avoir une très bonne résistance à l’usure permettant de protéger efficacement les substrats sur lesquels ils sont déposés. La génération d’une texturation à la surface du matériau d’intérêt est un autre moyen de contrôler son usure. Les lasers femtosecondes se révèlent être des dispositifs très intéressants pour réaliser rapidement des texturations de grande précision. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectif de combiner le dépôt d’un revêtement de surface de type DLC et la texturation de surface par laser femtoseconde afin d’améliorer les performances tribologiques du PEEK. La démarche employée a consisté, dans un premier temps, à élaborer un revêtement DLC permettant de protéger efficacement le PEEK de l’usure et ayant une excellente adhérence avec celui-ci puis, à étudier l’influence de la texturation de surface, et plus précisément l’influence des paramètres géométriques de la texturation, sur le comportement tribologique du PEEK revêtu de DLC. / Poly-ether-ether-ketone (PEEK) is a thermoplastic polymer which is often described as a high performance polymer. It is a material subjected to intensive academic and industrial researches for its remarkable bulk mechanical properties and its high chemical stability. However, PEEK is relatively sensitive to wear. The deposition of hard coatings onto materials subjected to wear is a means of protecting them from wear. Diamond-like carbon (DLC) coatings are known to be highly resistant to wear allowing to efficiently protect the substrate onto which they are deposited. Surface texturing is another means of controlling wear. Femtosecond lasers have proven to be very interesting devices in order to quickly produce high-precision textured surfaces. The work presented in this thesis aims at combining the deposition of a DLC coating and laser surface texturing in order to improve the tribological properties of PEEK. The approach was first to develop a highly adherent DLC coating able to efficiently protect the PEEK substrate from wear and then to study the influence of surface texturing, and more precisely the influence of some geometrical parameters, on the tribological behavior of the DLC-coated PEEK. Tt

Dans le cadre du conditionnement des déchets nucléaires, les géopolymères représentent une alternative potentielle aux liants hydrauliques classiques. A ce jour, il est admis que la formation des géopolymères procède selon un mécanisme de dissolution - restructuration - polymérisation conduisant à un matériau solide. Cependant, les liens précis entre la composition de la solution d’activation, le déroulement des réactions de géopolymérisation et la microstructure finale doivent être déterminés du point de vue de la texturation et de l’évolution structurale du matériau. Ainsi plusieurs paramètres de formulation ont été étudiés : la nature de l’activateur alcalin, la concentration en silice et l’ajout d’une source d’aluminium. Il apparait que l’environnement chimique des précurseurs silicatés ou alumino-silicatés est contrôlé par les paramètres de formulation constitutifs de la solution d’activation. Lors de la formation du réseau géopolymérique, ces précurseurs jouent un rôle primordial sur la cinétique de dissolution du métakolin, la taille, l’arrangement et l’agrégation des oligomères alumino-silicatés participant à la formation du réseau poreux. A plus long terme, certaines caractéristiques du réseau poreux qui sont-elles même contrôlées par la taille et l’agencement des oligomères, varient légèrement au cours du temps. Le réarrangement de la structure poreuse associé d’une part à la densification du réseau solide, et d'autre part à la fermeture partielle de la porosité conduit à une légère augmentation de la taille des pores et à une diminution du volume poreux accessible. / In the context of conditioning of nuclear waste, geopolymers represent a potential alternative to conventional hydraulic binders. Currently, it is recognized that the formation of geopolymer proceeds according to a mechanism of dissolution - restructuring - polymerization resulting in a solid material. Despite the availability of many studies to understand these mechanisms, the precise relationship between the chemical nature of the activating solution, the geopolymerization process and the final microstructure should be determined from the point of view of the texturing and the structural evolution of the material. In this work, several parameters were studied: the nature of the alkali activator, the silica concentration and the addition of an aluminum source. It appears that the chemical environment of the silicate or aluminosilicate precursors is controlled by the activating solution composition. During the consolidation of the geopolymer network, these precursors play an important role on the dissolution rate of metakaolin, the size, the rearrange¬ment and the aggregation of aluminosilicate oligomers involved in the porous solid network formation. Subsequently, some characteristics of the porous network which are controlled by the size and the rearrangement of oligomers vary slightly over time. The refinement of the porosity associated to first, a densification of the solid network, and secondly, a partial closure of the porosity at the nanometer scale leads to an increase in the pore size and a decrease of the pore volume.

L'objet de cette étude est l'auto-organisation de nanostructures métalliques de taille aussi petite que 10 nm et de bonne qualité de bord. Nous avons développé un procédé permettant d'élaborer un réseau de nanostructures, auto-organisées sur Si(111) selon un motif unidimensionnel de paquets de marches atomiques. La densité (entre 109 et 1011 îlots/cm2) et la taille (entre 10 et 50 nm) des objets ainsi obtenus sont contrôlables. Plusieurs structures cristallines de ces îlots ont été observées, dont certaines sont des siliciures d'or, composés métastables stabilisés par la petite taille des objets. Nous avons utilisé ces îlots métalliques pour deux applications distinctes, l'élaboration d'un réseau de nanoplots magnétiques et la croissance de nanofils semi-conducteurs de Si et Ge. En parallèle, un procédé technologique original permettant la prise de contact électrique avec ces nanostructures a été développé. Afin de contrôler la position des îlots selon un motif bidimensionnel (2D), nous avons développé un procédé de texturation par lithographie électronique, gravure ionique ré- active puis recuit sous ultravide. Ce procédé entraîne la formation d'un réseau 2D de paquets de marches qui devrait permettre de contrôler la position des objets sur ces centres de nucléation. Les surfaces de silicium texturées à l'échelle de la dizaine de nm ont été mises à profit pour l'étude par AFM de protéines membranaires dans le cadre d'une collaboration avec l'Institut Curie à Paris. Par ailleurs, comme alternative au silicium, nous avons étudié la structuration du carbure de silicium (SiC) par gravure ionique réactive. La gravure utilise comme masque une membrane d'alumine avec un réseau périodique de pores. La surface prégravée de SiC est ensuite traitée par un recuit très haute température sous hydrogène.

Ce travail de thèse concerne l’étude de différents revêtements type « Diamond-Like Carbon » élaborés par un procédé CVD assisté par un plasma basse fréquence (40 kHz). Deux revêtements de référence sont d’abord étudiés : des couches de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et des couches de carbure de silicium amorphe hydrogéné (a-SiC:H). L’évolution de leurs propriétés mécaniques (dureté, module d’Young) et tribologiques (frottement, usure) est décrite en fonction des paramètres du procédé et corrélée à leur microstructure. Les résultats obtenus pour ces deux couches de référence sont ensuite exploités pour proposer deux systèmes complémentaires : des revêtements a-C:H dopées et des systèmes multicouche a-C:H/a-SiC:H. Ces deux solutions présentent des contraintes résiduelles réduites par rapport à un revêtement a-C:H monocouche ce qui permet d’envisager une augmentation importante des épaisseurs de dépôt tout en conservant des propriétés mécaniques et tribologiques intéressantes. Enfin, en vue d’une application industrielle de ces revêtements sur des pièces de moteur par exemple, l’optimisation de leur adhérence par insertion de sous-couches adaptées ainsi que de leurs performances tribologiques en conditions lubrifiées par l’intermédiaire de texturation de surface est alors envisagée / Hydrogenated amorphous carbon films (a-C:H) and hydrogenated silicon carbide films (a-SiC:H) are deposited by low frequency (40 kHz) plasma enhanced chemical vapour deposition (LF PECVD). Structural, mechanical and tribological properties of those single layers have been first studied in relation with process parameters. Then those results have been used to study two other systems. The first one corresponds to silicon doped a-C:H thin films and the second one to multilayered coatings consisting in a stack of a-C:H and a-SiC:H layers. Those coatings offer potential advantages such as lower residual stress level comparing to that of a-C:H stress level which gives the opportunity to deposit thicker films, and also attractive mechanical and tribological properties. Moreover, in case of applications like car engine parts for example, adhesion and tribological properties under lubrication have to be improved. Solutions as incorporating underlayer or texturing surface are thus also investigated in this study

L'objectif de ce travail est de mieux maîtriser le processus de texturation par faisceau laser sur trois matériaux : 304L, TA6V et AA6056. Dans ce but, nous avons mis en œuvre deux types de modélisation, expérimentale et numérique, que nous voulons complémentaires. A l'aide de la méthode des plans d'expériences on a observé que le processus de texturation par faisceau laser pour les alliages 304L et TA6V est fortement influencé par l'énergie et la fréquence des impulsions. Afin d'obtenir une rugosité Sa < 5 µm avec la plus grande productivité possible, il faut travailler avec une énergie de 5 mJ et une fréquence comprise entre 10 et 12 kHz. Malheureusement, pour l'alliage d'aluminium AA6056 il faut choisir soit une bonne qualité de surface soit une productivité élevée. Les simulations numériques des phénomènes couplés (thermique-hydrodynamique-mécanique) complètent les informations expérimentales et ont montré l'existence d'une forte pression de recul qui repousse le liquide vers les bords du cratère (vitesse de mouvement de qq m.s-1) même après la fin d'impulsion (effet d'inertie). Le fait que le déplacement du liquide est plus important pour AA6056 que pour 304L et TA6V, conduit à une formation de bourrelets plus importante autour de l'impact. Ils ont une influence négative sur la rugosité de la surface. Dans ce cas, afin de minimiser la rugosité, il faut assurer le meilleur compromis qui permet de favoriser la vaporisation, de diminuer l'épaisseur de la couche de liquide, ainsi que d'optimiser le taux de recouvrement des impacts. En conclusion, le faisceau laser peut être utilisé avec succès pour la texturation de surfaces métalliques.

L'auteur présente une étude comportementale des milieux granulaires humides. Une première phase de caractérisation de tels milieux, couplant des aspects mécaniques et texturaux, aura pour ambition d'établir les bases d'une représentation schématique de l'état hydrique et textural d'un milieu granulaire. Cette représentation sera investie dans l'analyse du processus d'agglomération et permettra, grâce à une étude couplant des aspects hydro-texturaux et morpho-granulométriques, d'analyser les modifications subies par des milieux granulaires soumis à une opération de mouillage et de malaxage. Ces modifications seront analysées aux deux échelles du mélange : à l'échelle des agglomérats, il sera montré que la phase d'agglomération peut être envisagée comme un processus de type fractal ; à l'échelle globale du milieu, une phénoménologie de texturation en trois étapes sera mise en évidence. La dernière phase de ce travail consistera en une étude plus particulière des effets de contraintes vibratoires ou axiales sur le phénomène de texturation préalablement mis en évidence sur le milieu vrac. Il s'agira d'étudier dans quelle mesure ce type de contraintes (tassement, compactage), postérieure à l'élaboration du milieu, est susceptible de modifier l'allure du phénomène de texturation et de déterminer les facteurs susceptibles d'influer sur la succession des différentes phases de ce phénomène. L'étude des cinétiques de relaxation sous contraintes vibratoires permettra également de proposer un nouveau modèle de relaxation établi selon une approche mécanique.