Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr.: f. 59-65. Publié aussi en version électronique.

Th. doct.--Solides, struct. et syst. méc.--Paris 6, 1998. / Bibliogr. p. 116-122. Résumé en anglais et en français.

Th. doct.-ing.--Toulouse 3, 1977. N°: 579.

La thèse vise à identifier, développer et tester des matériaux isolants à partir de déchets textiles, le rôle de l'isolation thermique des tuyaux. Visant à accroître la performance énergétique de chauffage et avec un impact environnemental réduit. Etude théorique était d'identifier les propriétés matériau d'isolation thermique, la classification sur le marché utilisé dans l'isolation thermique des méthodes de test national et international. Pour tester les propriétes thermiques ont été menées deux installations de laboratoire. Dans un premier temps l'installation, afin de déterminer la conductivité thermique, le flux thermique de la chaleur est produite par une résistance électrique. Ont été réalisés et testés structurellement différents des matériaux de densité (coton, la laine et le tissu non tissé) de la température maximale de 90C dans la canalisation. Le rôle de ces essais était de déterminer la densité et le comportement optimal à des températures différentes. Une deuxième installation est effectuée sur un cas réel (une tuyauterie isolée thermique avec a) la flux thermique de la chaleur est générée par le fluide (de l'eau). Un conducteur testé dans trois situations : tuyaux non isolés, tuyau isolé et le tuyau PUR isolé non tissé. Tous les tests étaient en faveur de la non tissé. L'analyse statistique a montré que la température et la densité sont des facteurs importants qui influent sur la conductibilité thermique des tissus. / The thesis aims at identifying, developing and testing of insulation materials from waste textiles, the role in thermal insulation of pipes. Aiming at increasing the energy performance of heating and with a reduced environmental impact. Theoretical study was to identify thermal insulating material properties, classification on the market used in thermal insulation of national and international and the testing methods. To test the thermal properties were conducted two laboratory facilities. At first installation, to determine the thermal conductivity, the thermal flow of heat flux is generated by electrical resistance. Were made and tested structurally different density materials (cotton, wool and non-woven fabric) with maximum temperature of 90C in the pipeline. The role of these tests was to identify the optimum density and behavior at different temperatures. A second installation is performed on a real case (an installation with a thermal insulated pipe) the thermal flow of heat is generated by the fluid (water). A conductive tested in three situations: non-insulated pipes, insulated pipe and pipe PUR insulated non-woven fabric. All tests were in favor of non-woven fabric. The statistical analysis showed that the temperature and density are significant factors that influence the thermal conductivity of fabrics.

La caractérisation thermique est cruciale pour la conception et le développement d'applications critiques dans divers domaines. Elle trouve son utilisation dans la détection de défauts et de points chauds dans la fabrication de semi-conducteurs, l'imagerie sous-sol ainsi que la recherche de transport thermique et de charge à des longueurs inférieures à 100 nm. La capacité de comprendre et de contrôler les propriétés thermiques des nanostructures à un niveau de sous-micron est essentielle pour obtenir les performances souhaitées. Pour atteindre cet objectif, la microscopie thermique à balayage (SThM) est très bien adaptée pour cartographier la conductivité thermique à la surface des matériaux et des appareils à l'échelle nanométrique.SThM est une technique d'imagerie "champ proche". C'est une méthode de contact, la sondeétant en contact avec la surface à une force contrôlée. STHM utilise une structure cantilever identique à celle des sondes utilisées dans un Microscope à Force Atomique (AFM). La principale différence est le fait qu'un capteur thermique est intégré à la pointe de la sonde. En outre, ce capteur peut également être utilisé comme chauffage dans le cas d'éléments thermorésistants tels que Pt ou Pd. Par conséquent, le SThM est le résultat d'un AFM équipé d'une sonde thermique. Cet instrument fournit une résolution sous-micromètre dans la résolution spatiale, c'est-à-dire plus que la résolution des techniques optiques dans la gamme de longueurs d'onde visible. La résolution classique qui est réalisée de nos jours est de l'ordre de moins de 100nanomètres alors que celle obtenue avec la première sonde Wollaston était environ 10 fois plus élevée.Par conséquent, mesurer la température et les propriétés thermiques de la matière à la microscales ont deux objectifs difficiles qui ont monopolisé l'énergie et le temps de nombreux chercheurs partout dans le monde depuis plusieurs décennies. Ces deux objectifs ne sont pas similaires. Tout d'abord, la mesure d'une température dans un domaine dont la dimension caractéristique est inférieure au micromètre semble moins difficile que mesurer la conductivité thermique d'un matériau à cette échelle. [...] / The objective of this thesis is to master quantitative aspects when using nearfield thermal microscopy by using the scanning thermal microscopy technique (SThM). We start by taking an in-depth look into the work performed previously by other scientist and research organizations. From there, we understand the progress the SThM probes have made through the decades, understand the probe sensitivity to the range of conductivity of the materials under investigation, verify the resistances encountered when the probe comes in contact with the sampl and the applications of SThM.Then we look into the equipment necessary for performing tests to characterize material thermal properties. The SThM we use is based on atomic force microscope (AFM) with a thermal probe attached at the end. The AFM is described in this work along with the probes we have utilized.For the purpose of our work, we are only using thermoresistive probes that play the role of the heater and the thermometer. These probes allow us to obtain sample temperature and thermalconductivity. We use two different types of thermal probes – 2-point probe and 4-point probe with SiO2 or with Si3N4 cantilever. Both the probes are very similar when it comes to functioning with the major difference being that the 4-point probe doesn’t have current limiters. Then, we present the use of recent heat-resistive probes allowing to reach a spatial resolution of the orde rof 100 nm under atmosphere and of 30 nm under vacuum. These probes can be used in passive mode for measuring the temperature at the surface of a material or component and in activemode for the determination of the thermal properties of these systems. Using thermoresistive probes means that no specialized devices are necessary for operation. Using simple commercialsolutions like simple AC or DC current and Wheatstone bridge are sufficient to provide basic thermal images. In our case we have also utilized other industrial devices and a home madeSThM setup to further improve the quality of measurement and accuracy. All the elements of the experimental setup have been connected using GPIB and that have been remotely controlled from a computer using a code developed under Python language. This code allows to make the frequency dependent measurement as well as the probe calibration. [...]

Depuis l’obtention des premiers résultats de la mission Cassini Huygens, les aérosols de Titan présentent un intérêt astrobiologique car leur caractérisation permet d'évaluer la chimie prébiotique qui a eu lieu sur la Terre primitive. Mieux comprendre les propriétés physico-chimiques des aérosols de Titan est important pour les scientifiques. Le laboratoire via l'analyse des propriétés des tholins (l'analogue des aérosols de Titan) permet de surmonter les difficultés d’analyser les aérosols de Titan directement. Dans ce travail de thèse, l'objet de la recherche est l’analyse des tholins produits par l’expérience PAMPRE. La technique d’analyse Pyr-GC-MS a été utilisée pour caractériser la composition et la structure de tholins. La stabilité thermique et le changement des propriétés en fonction de la température ont été réalisés par l'étude de la dégradation thermique. Enfin, l'évolution des aérosols organiques après leur précipitation sur la surface de Titan a également été étudiée selon la méthode GC-MS d’analyse des tholins. Les résultats obtenus peuvent être utilisés pour interpréter les données recueillies par des observations de Titan de la terre ou par la sonde Cassini-Huygens, afin de mieux caractériser le satellite et son évolution. / Since the achievement of the first results from the Cassini Huygens mission, Titan’s aerosols present an astrobiological interest as their characterization enables to evaluate the prebiotic chemistry that occurred on the primitive Earth. To better understand the physical chemistry of the aerosols of Titan is important for scientists. The laboratory via analyzing the properties of tholins (analogues of Titan’s aerosols) overcomes the difficulties for analyzing Titan’s aerosols directly. In this thesis work, the research object is tholins produced by the PAMPRE experiment. Pyr-GC-MS analysis technique was used to characterize the composition and structure of tholins. The thermal stability and the properties change with the temperature have been realized by thermal degradation study. Finally, the evolution of organic aerosols after precipitation on the surface of Titan was also investigated through GC-MS analysis of tholins. The results obtained can be used to interpret data collected by observations of Titan from Earth or by the Cassini-Huygens probe, to better characterize the satellite and its evolution.

L’objectif de la thèse est la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure de clivage dans un acier de cuve de type 16MND5 par un critère local en contrainte critique, calculé en pointe de fissure. Les travaux précédents ont montré que le mécanisme de rupture était du clivage,associé à des zones de cisaillement ductile entre les différents plans de fissuration. Ceci explique la dépendance de la contrainte critique de rupture à la vitesse de déformation en pointe de fissure du fait du comportement visqueux des aciers ferritiques aux vitesses de propagation considérées. Cette thèse consiste à optimiser la méthode numérique mise en oeuvre pour simuler la propagation dynamique de fissure, identifier et valider un critère local de propagation et d’arrêt sur des chargements thermomécaniques complexes, rendre compte des trajets de fissuration variés, et approfondir les connaissances sur les micro-mécanismes physiques de la rupture pour renforcer le contenu physique du critère utilisé.L’identification du critère de propagation et d’arrêt a été faite par la simulation numérique des essais de rupture fragile réalisés sur des éprouvettes CT25 à quatre températures (-150°C, -125°C, -100°C et -75°C). La méthode des éléments finis étendus (X-FEM) a été utilisée dans le code de calcul CAST3M pour ces modélisations. Les résultats des analyses en 2D et 3D ont montré que la contrainte critique de rupture augmentait avec la vitesse de déformation plastique et ils ont donc permis d’établir un critère de propagation et d’arrêt basé sur cette contrainte.Une formulation analytique du critère a été développée pour justifier le critère identifié. La contrainte critique du critère a été considérée comme la somme de la contrainte critique de clivage et de la contrainte générée par la déformation des ligaments (ponts de matières résistants sollicités en cisaillement) en arrière du front de la fissure. Afin de quantifier ce phénomène, des mesures de caractérisations des ligaments ont été effectuées sur les faciès de rupture et sur les coupes transversales des éprouvettes. Le profil de contrainte sur les lèvres de la fissure, généré par les ligaments tendant à résister à l’ouverture de la fissure, a été calculé à l’aide de modélisations éléments finis de multifissures représentatives de la géométrie réelle de la fissure observée sur une coupe transversale. Ceci a permis d’obtenir la contribution de l’effort des ligaments à la contrainte critique en pointe de fissure, et de développer ensuite une formulation analytique pour la contrainte critique. La courbe de la formulation analytique présente un très bon accord avec le critère empirique identifié.Afin de tester la pertinence de ce critère, la prédiction de la propagation et de l’arrêt de fissure a d’abord été menée sur des essais isothermes, à la fois sur des éprouvettes CT25 (la fissure étant sollicitée en mode I) et ensuite sur des anneaux fissurés sollicités en mode mixte. Les résultats numériques des prédictions ont présenté une bonne cohérence avec les expériences.Ceci montre la pertinence du critère sous chargement isotherme. Pour étudier la propagation et l’arrêt de fissure sous choc thermique, un essai a ensuite été réalisé sur un anneau fissuré. Le chargement pour l’essai est plus complexe avec un couplage des chargements mécaniques et thermiques. La prédiction par le critère a été effectuée en 2D et en 3D. Les résultats prédits sont de bonne qualité en termes de cinétique de propagation et de longueur de fissure à l’arrêt. Ceci complète la validation du critère sous chargement thermomécanique.En parallèle, des expériences ont été menées sur des éprouvettes CT25 rallongées (de même hauteur qu’une CT25 mais de largeur double), présentant une bifurcation de la trajectoire de la fissure. [...] / The purpose of this PhD study is to predict the propagation and arrest of cleavage cracks in a French PWR vessel steel (16MND5). This is accomplished through use of a local criterion based on the critical stress calculated ahead of crack tip. Previous work has shown that fracture mechanism was cleavage associated with the ductile shear zone between the different planes of cracking. Thus, the critical stress at crack tip depends on stain rate. This thesis consists ofnumerical optimization, identification and validation of a local criterion based on experimentswhich have complex thermomechanical loads. The criterion accounts for various crack paths,deepening the knowledge about micro mechanisms during crack propagation in order to justify the established criterion.Criterion identification was carried out by using numerical simulations of tension tests performed on CT (Compact Tension) specimens at four different temperatures (-150°C, -125°C,-100°C and -75°C). The eXtended Finite Element Method (X-FEM) was used in CAST3M FEsoftware to model dynamic crack propagation and arrest. The analysis results in 2D and 3Dshowed that the critical stress at crack tip increased with the inelastic strain rate. Therefore, acriterion based on the critical stress was established. An analytical model was developed to justify the identified criterion. The critical stress givenby the local criterion was considered as the sum of the critical cleavage stress and the stress generated by the deformation of ligaments behind the crack tip. In order to quantify this phenomenon, measurements of ligaments’ characteristics have been performed on facture surfaces and on cross-sections of the specimens. The stress profile of the crack lips generated by ligaments was calculated by modeling of multi-cracks on specimen’s cross-section. The contribution of stress generated by ligaments to the critical stress at crack tip was obtained with this method, and then the analytical model of the critical stress was developed. The results of this analytical model is in good agreement with the empirical criterion identified.In order to test the validity of the identified criterion, the prediction of the crack propagation and arrest by the criterion was first performed for isothermal tests. It was performed both onCT25 specimens (crack was solicited in mode I) and on ring specimens in mixed mode loadingwhich were carried out at three different temperatures. The numerical results of prediction were in good agreement with experiments. They showed the validity of the criterion for experiments under isothermal loading for two different specimen geometries. In order to test the validity of criterion for the situation of thermal shock, experiments were carried out on ring specimens. At first, one ring specimen was cooled down to -150°C, and then hot water (≈90°C) was injected through the inner side of the ring specimen. At the same time of thermal shock, this specimen was submitted to a mechanical compressive loading (-750kN). The prediction of crack propagation and arrest by the criterion for this situation was calculated in both 2D and 3D. The predicted results were in good agreement with experiments for both crack speed and crack length. This confirmed that the criterion is relevant to predict the crack propagation and arrest for thermal shock.In parallel, some experiments were performed on extended CT25 specimens (same height but double the width of the CT25 specimen). The crack path on this kind of specimen was curved.A statistical effect by a random selection in the propagation direction was introduced to takeinto account the instability during the crack propagation. The numerical results correctlyreproduce the curvature and the dispersion of the crack paths.

On développe une méthode de résolution du transfert radiatif au sein d'un milieu vapeur-gouttelettes entouré de parois chaudes, en vue d'un couplage avec une résolution de l'écoulement à l'échelle de la CFD. Le domaine d'application considéré est l'étude du refroidissement du coeur d'une centrale nucléaire suite à un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP). Le problème du transfert radiatif se découpe en deux sous-problèmes, l'un concernant l'évaluation des propriétés radiatives du milieu et le second la résolution du transfert radiatif. Les propriétés radiatives ont été calculées avec la théorie de Mie pour les gouttelettes et le modèle C-k pour la vapeur d'eau. On obtient un milieu absorbant, diffusant anisotrope, émissif, non gris et non homogène. De plus, compte tenu de la grande gamme possible des propriétés de l'écoulement (diamètre et concentration des gouttelettes, température et pression de la vapeur), le milieu peut être optiquement fin ou optiquement épais. Il faut donc une méthode de résolution du transfert radiatif efficace pour toutes les conditions observées dans un APRP et ayant un temps de calcul raisonnable en vue du couplage avec les autres modes de transferts. La méthode IDA, dérivée de l'approximation P1, a été choisie. Son niveau de précision a été validé sur des cas tests académiques et une expérimentation. Des simulations en condition APRP ont ensuite été effectuées, permettant d'évaluer les flux rayonnés et confirmant que le transfert radiatif n'est pas négligeable dans cet accident / We developped a method of resolution of radiative transfer inside a medium of vapor-droplets surrounded by hot walls, in order to couple it with a simulation of the flow at the CFD scale. The scope is the study of the cooling of the core of nuclear reactor following a Loss Of Coolant Accident (LOCA). The problem of radiative transfer can be cut into two sub problems, one concerning the evaluation of the radiative properties of the medium and a second concerning the solution of the radiative transfer equation. The radiative properties of the droplets have been computed with the use of the Mie Theory and those of the vapor have been computed with a Ck model. The medium made of vapor and droplets is an absorbing, anisotropically scattering, emissive, non grey, non homogeneous medium. Hence, owing to the possible variations of the flow properties (diameter and volumetric fraction of the droplets, temperature and pressure of the vapor), the medium can be optically thin or thick. Consequently, a method is required which solves the radiative transfer accurately, with a moderate calculation time for all of these prerequisites. The IDA has been chosen, derived from the well-known P1-approximation. Its accuracy has been checked on academical cases found in the literature and by comparison with experimental data. Simulations of LOCA flows have been conducted taking account of the radiative transfer, evaluating the radiative fluxes and showing that radiative transfer influence cannot be neglected

L’utilisation des coulis d’hydrates comme Fluides Frigoporteurs Diphasiques (FFD) permet de réduire l’impact environnemental des systèmes frigorifiques car ces fluides possèdent une densité énergétique élevée. Leur application pour le stockage d’énergie thermique serait une réponse à une problématique industrielle de distribution de froid (climatisation, procédés de refroidissement). Un montage expérimental constitué d’une boucle de circulation et d’un réacteur de formation a été utilisé afin d’évaluer les caractéristiques thermo-hydrauliques des coulis d’hydrates de CO2 et a permis de déterminer les viscosités et les coefficients d’échange convectif des coulis. A l’aide de ces paramètres, une étude énergétique et exergétique a été réalisée sur le système. Cette étude a permis de développer un modèle numérique capable d’évaluer la distribution de l’énergie dans différents éléments du montage expérimental (réacteur de formation des hydrates et échangeur de chaleur pour la dissociation des hydrates), ainsi que de déterminer les pertes exergétiques engendrées par ces éléments. Un bon accord entre les données expérimentales et le modèle numérique pour le suivi en température du coulis lors de sa formation et dissociation a été montré. L’étude a confirmé que les fluides diphasiques présentent une plus grande efficacité énergétique et moins de pertes exergétiques que les fluides monophasiques. / Hydrates slurries as two-phase secondary refrigerants (FFD) reduces the environmental impact of refrigeration systems because these fluids have a high energy density. Their use for cold storage could be a solution to an industrial cold distribution at various temperature levels (air-conditioning, cooling process or preservation temperature). An experimental device composed of a circulation loop and a formation tank enables to characterize the thermal-hydraulic properties of CO2 hydrates slurries in order to determine the viscosities and the convective heat transfer coefficients of hydrates slurries. With these hydraulic and thermal parameters, an energy study was carried out on the system. Within this study a numerical model was developed to evaluate the energy distribution in different experimental elements (hydrate formation tank and hydrates dissociation heat exchanger) and to determine the exergetic losses created by these components. A good agreement between the experimental data and the numerical model for the temperature evolution of the slurry has been shown. The study has confirmed that multi-phases fluids provide higher energy efficiency and less exergetic losses than one-phase fluids.

Le moulage par rotation est une technique de mise en oeuvre des polymères thermoplastiques. Ce procédé fait l'objet de plusieurs études durant cesdernières années. La finalité de notre travail est la modélisation thermique et chimique de ce procédé, tenant compte de la nature des polyamides, du changement de phases et en particulier la cristallisation et la fusion. Ces changements de phases ont été traités numériquement pour chaque couche de polymère, à l'aide d'une méthode dite enthalpique puis par une autre méthode dérivée de la cinétique de cristallisation. Cette dernière a été modifiée et adaptée à notre travail en procédant à un couplage de deux concepts ; le premier traduit le dégagement de la chaleur lors de la transformation dela cristallinité, le deuxième concept est la modélisation chimique de lathermodégradation des polyamides. / The rotational molding is a technique for implementation ofthermoplastic polymers. This process is subject of several studies in recent years. The purpose of our work is the thermal and chemical modeling of this process, taking into account the phase changes, in particular the crystallization and melting. These phasechanges were digitally processed for each polymer layer used in this study, using a method known as enthalpic then by another method derived from the crystallization kinetics. This method has been modified and adapted to our work by taking a coupling of two concepts: the first approach reflects the release of heat during processing of crystallinity; the second concept is the chemical modeling of the thermal degradation ofpolyamides.