Ce travail se place dans le cadre de la recherche de céramiques susceptibles de fonctionner à plus hautes température que la zircone yttriée, le système le plus employé actuellement pour constituer la couche isolante des barrières thermiques de turbines, aéronautiques ou terrestres. Une analyse des critères auxquels doit répondre une telle céramique a conduit à choisir la famille des perovskites, et, en conclusion de calculs de conductivité thermique par dynamique moléculaire, à sélectionner BaMg1/3Ta2/3O3 (BMT), un composé dont le point de fusion est supérieur à 2900°C. Un mode d'élaboration par voie solide a été développé pour obtenir cet oxyde sous forme dense. En guise de référence, des matériaux denses de zircones yttriées complètement stabilisées ont également été élaborés. Ces deux oxydes ont ensuite été caractérisées expérimentalement : structure par diffraction de rayons X, conductivité thermique jusqu'à 1200°C à partir de la mesure de la diffusivité thermiques par méthode flash laser, coefficient de dilatation entre 200 et 1200°C. Une étu de du gravage thermique de joints de grains, avec suivi par microscopie à force atomique du profil de joints après traitements entre 1100°C et 1400°C, a permis dans certains cas de déterminer le coefficient de diffusion en surface. Il ressort de cette étude que, si la perovskite BMT possède un ensemble de propriétés intéressantes pour constituer une barrière thermique : stabilité structurale, conductivité thermique à 1200°C du même ordre que celle de la zircone yttriée (autour de 2 W.m-1.K-1), coefficient de dilatation élevé (11.10-5 /K entre 200 et 1200°C), des phénomènes de sublima tion sont susceptibles de perturber la stabilité de couches à très hautes températures.

Le secteur des logements présente un potentiel non négligeable d'économies d'énergie surtout au niveau du chauffage qui constitue une part importante des factures énergétiques en France. Notre travail s'inscrit dans l'optique de réduction des consommations énergétiques des logements en étudiant le transfert thermique dans les parois opaques du bâti ancien et en étudiant différentes configurations et différents types d'isolants thermiques. Après une analyse du contexte et des enjeux de la problématique énergétique des bâtiments anciens, nous avons abordé une analyse typologique des maisons anciennes lilloises en identifiant les quatre familles principales de typologies : la maison de courée, la maison ouvrière, la maison de ville et la maison bourgeoise ; en identifiant ainsi leurs ressemblances et leur variantes. Ensuite, nous avons étudié en détails le transfert thermique dans un mur en brique caractéristique de la région Nord-Pas-de-Calais; une étude expérimentale a été comparée à diverses approches théoriques en divers régimes (régime permanent, régime harmonique et régime quelconque). Après l'étude du mur dans son état initial (avant isolation), nous avons caractérisé expérimentalement cinq matériaux isolants (polystyrène, laine de bois, laine de mouton, lin et métisse) pour étudier ensuite leur apport en termes de réduction de déperditions thermiques pour le mur étudié. Nous avons appliqué expérimentalement 3 cm de polystyrène pour l'isolation du mur afin de valider la méthode théorique. Une fois cette dernière validée, une comparaison de différents matériaux isolants et différentes configurations (isolation par l'intérieur et isolation par l'extérieur) a été établie afin d'identifier la configuration et le(s) matériau(x) le(s) plus intéressant(s). Enfin, des simulations thermiques dynamiques à l'échelle du bâtiment ont été réalisées pour les différentes typologies dans le but de valider les résultats obtenus à l'échelle du mur, de comparer les performances énergétiques des différentes typologies et de quantifier les économies d'énergie possibles pour différents bouquets de travaux d'isolation. / The housing sector has a significant energy saving potential especially in terms of heating which constitutes an important part of energy bills in France. Our work joins the optics of reducing energy consumption of housing by studying heat transfer in the opaque walls of old buildings and studying different configurations and types of thermal insulation materials. After an analysis of the context and the energy’s problematic of old buildings, we discussed a typological analysis of Lille’s old houses by identifying four main families of typologies: the “courée” house, the worker’s house, the town house and the mansion, thereby identifying their similarities and variations. Then, we thoroughly studied the heat transfer in a brick wall characteristic of the Nord-Pas-de-Calais region; an experimental study was compared to various theoretical approaches in various regimes (steady state, harmonic, and random regime). After the study of the wall in its initial state (before insulation), we experimentally characterized five insulating materials (polystyrene, wood wool, sheep wool, linen and recycled textile) in order to study then their contribution in terms of heat losses’ reduction through the studied wall. We experimentally applied 3 cm of polystyrene wall insulation to validate the theoretical method. Once it was validated, a comparison of different insulating materials and configurations (interior insulation and external insulation) was established to identify the most interesting configuration and insulation material(s). Finally, dynamic thermal simulations on the building scale were carried out for the different buildings typologies in order to validate the results obtained on the wall scale, to compare the energy performance of the different building typologies, and quantify the energy savings potential for thermal insulation scenarios.

Dans le cadre des applications transports, et plus particulièrement de "l'avion plus électrique", avec une demande toujours plus présente de réduction d'encombrement et de poids, la tendance est à l'intégration de plus en plus poussée des convertisseurs statiques. L'augmentation de leur densité de puissance et celle des contraintes thermiques, induites par l'environnement dans lequel ces structures sont localisées, deviennent de plus en plus critiques. La gestion thermique de ces dispositifs est assurée par des systèmes de refroidissement sur lesquels sont montés les composants semi-conducteurs via un matériau d'interface thermique. Une gestion performante sera obtenue par la diminution de la résistance thermique globale entre les éléments dissipatifs et le milieu ambiant grâce en autre à l'amélioration du système de refroidissement et des propriétés thermiques des matériaux constituant le module. Or cette interface est un point délicat du transfert de chaleur car elle peut représenter plusieurs dizaines de pourcents de la résistance thermique globale. Elle nécessite donc une connaissance approfondie de son comportement aux sollicitations thermiques. Après un état de l'art sur les matériaux d'interfaces thermiques et les méthodes de caractérisation des propriétés thermophysiques des matériaux, nous proposons la mise en œuvre d'outils expérimentaux et mathématiques permettant de suivre l'éventuelle évolution de matériaux d'interfaces utilisés en électronique de puissance au cours d'un vieillissement par cyclage en température. Pour cela, deux méthodes sont présentées. La première repose sur la mesure de la résistance thermique des interfaces en régime stationnaire avec un transfert de chaleur monodimensionnel alors que la seconde, basée sur une caractérisation transitoire thermique d'un système, permet d'en identifier les constantes de temps et le réseau Résistance-Capacité du système testé. Des travaux de simulations numériques ont été menés sur les deux types de bancs expérimentaux, d'un côté pour pouvoir évaluer les pertes thermiques latérales du banc statiques, de l'autre côté pour montrer qu'il est bien possible de détecter une variation de la résistance thermique d'un matériau d'interface par l'analyse de l'impédance thermique.

La microscopie thermique est un outil prometteur permettant d’étudier les mesures thermiques de matériaux et les mécanismes de transfert de chaleur aux micro/nanoéchelles. La réponse thermique de la sonde a été étudiée en utilisant deux sondes résistives : Wollaston et Palladium. Un modèle en 3D réaliste a été développé pour la sonde Wollaston et l’échantillon avec leur milieu environnant. La simulation de la sonde prend en compte son support et considère que le milieu environnant est convectif. La réponse de la sonde a été évaluée lors de l'approche vers un échantillon de cuivre. La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que la prise en compte de la convection naturelle pour le milieu environnant est une hypothèse valide. Nous présentons ensuite une méthodologie pour étudier le signal thermique de la sonde en contact avec un échantillon nanostructuré. Pour cela, nous avons utilisé un échantillon composé de marches de silicium sous une couche de SiO2. SThM s'avère être un outil puissant pour effectuer l'imagerie sub-surfacique. Nous avons montré que le signal thermique obtenu par la sonde est influencé par la présence de structures internes et correspond à un volume sondé qui tient en compte les propriétés thermiques des matériaux. Avec notre modèle, nous avons pu reconstruire le profil expérimental obtenu par SThM. Pour la sonde en Palladium, la réponse de la sonde a été étudiée expérimentalement sous conditions ambiantes en mode alternatif. L'analyse des résultats a mis en évidence la présence d’un phénomène interpréter comme une résonance d'onde thermique qui prend place au micro/nanoéchelle. Ce phénomène est lié à la longueur de diffusion thermique du milieu environnant (air) et indépendant des propriétés thermiques de l'échantillon. / Scanning thermal microscopy is a promising tool to investigate material’s thermal measurements and heat transfer mechanisms at the micro/nanoscale. The probe thermal response was explored using two different resistive probes: Wollaston and Palladium probes. A 3D realistic model was developed for the Wollaston probe-sample system with their surrounding medium. The simulation of probe takes into account its holder and considers that the surrounding medium between the probe and the sample is convective. The probe’s response was evaluated during the approach toward a sample of copper. The comparison with experimental results showed that considering natural air convection for the surrounding medium is a valid assumption. We then present a methodology to characterize the thermal signal of probe in contact with a nanostructured sample. For that, we used a sample composed of buried silicon steps under SiO2. SThM proves to be a powerful tool to perform subsurface imaging. We showed that the thermal signal obtained by the probe is influenced by the presence of internal structures and corresponds to a scanned volume which takes into account material’s thermal properties. With our modelling, we was able to rebuild the experimental profile obtained by SThM. For the Palladium probe, the probe’s response was studied experimentally under ambient conditions in the AC mode for different frequencies. The analysis of the results pointed on a phenomenon which can be described as a thermal wave resonance which takes place at micro/nanoscale. This phenomenon was shown to be related to the thermal diffusion length of the surrounding medium (air) and independent of the sample thermal properties.

L'élévation de la température est l'un des principaux paramètres limitant la puissance nominale des machines électriques. La température atteinte au niveau des bobinages, peut avoir de graves conséquences sur le système d'isolation des enroulements et peut ainsi réduire la durée de vie des machines électriques. Le travail de recherche effectué dans cette thèse s'attache à l'extraction de modèles thermiques simplifiés permettant la prédiction des niveaux d'échauffement. Nous avons alors mis en place une démarche basée sur une méthode numérique (Finite Intgeration Technique) qui permet une identification naturelle des grandeurs du modèle thermique. Cette démarche nécessite d'homogénéiser le bobinage en le remplaçant par un seul matériau homogène équivalent permettant de reproduire le même comportement thermique du cas réel du bobinage. Pour ce faire, plusieurs techniques d'homogénéisation ont été employées. Nous nous sommes également intéressés aux différentes configurations des conducteurs dans l'encoche en vue d'obtenir une meilleure évacuation de la chaleur dans le bobinage des machines électriques. La démarche proposée dans ce travail a pout objectif d'obtenir des modèles thermiques simplifiés qui peuvent être réduit à un seul nœud pour calculer la température du point chaud. La validité des modèles est évaluée par comparaison aux éléments finis en considérant deux formes géométriques de l'encoche : une encoche simple puis une encoche de géométrie plus complexe que l'on retrouve dans une machine à commutation de flux.

Le travail de recherche concerne l'aide au diagnostic énergétique de bâtiments par le développement d'outils et de procédures d'auscultation basés sur les transferts thermiques. L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement thermique de parois constituant l'enveloppe de bâtiments, c'est à dire d'identifier les principales caractéristiques thermiques (conductivité thermique, chaleur volumique...) ainsi que les phénomènes de déphasage de sollicitations, en conditions de laboratoire et in situ. L'instrumentation est basée sur l'utilisation de capteurs fluxmétriques qui est spécifique et innovante, elle est associée à des procédures de traitement des données, dans le domaine fréquentiel (impédance thermique), basées à la fois sur des modèles de comportement et des études de sensibilités aux différents paramètres induits par procédure expérimentale. Au-delà des objectifs réglementaires, il est nécessaire de pouvoir estimer l'influence de la mise en œuvre des composants des parois mais également l'évolution de leurs caractéristiques thermiques en fonction des sollicitations micro-climatiques (évolution de leur teneur en eau). La caractérisation est basée sur des mesures de laboratoire, dites "classiques", sur des échantillons de matériaux de petites dimensions (quelques dm²), mais également sur des parois reconstituées de dimensions moyennes (quelques m²). Enfin les résultats sont comparés à des mesures réalisées in situ sur des bâtiments existants pendant une année complète en fonction des saisons. / The research is relative to the diagnosis of building energy by developing tools and non destructive testing procedures based on heat transfer. The objective of this work is to study the thermal behavior of walls constituting the building envelope, namely to identify the main thermal characteristics (thermal conductivity, volumetric heat...) and the phenomena of phase stresses in laboratory and in situ conditions. The instrumentation is based on the use of heat flux sensor thaht is specific and innovative, it is associated with procedures for data processing in the frequency domain (thermal impedance), based both on models and studies sensitivities to different parameters induced by experimental procedure. Beyond the regulatory objectives, it is necessary to estimate the influence of the implementation of the components of the walls but also the evolution of their thermal characteristics depending on the micro-climate disturbance (changes in water content). The characterization is based on laboratory measurements, "classic" on samples of materials of small dimensions (few dm²), but also on walls reconstituted medium size (several square meters). Finally the results are compared with measurements made in situ on existing buildings for a full year with the seasons.

An important goal, within the context of improving climate change modelling, is to enhance our understanding of aerosols and their radiative effects (notably their indirect impact as cloud condensation nuclei). The cloud optical depth (COD) and average ice particle size of thin ice clouds (TICs) are two key parameters whose variations could strongly influence radiative effects and climate in the Arctic environment. Our objective was to assess the potential of using multi-band thermal radiance measurements of zenith sky radiance for retrieving COD and effective particle diameter (Deff) of TICs in the Arctic. We analyzed and quantified the sensitivity of thermal radiance on many parameters, such as COD, Deff, water vapor content, cloud bottom altitude and thickness, size distribution and shape. Using the sensitivity of IRT to COD and Deff, the developed retrieval technique is validated in comparison with retrievals from LIDAR and RADAR. Retrievals were applied to ground-based thermal infrared data acquired for 100 TICs at the high-Arctic PEARL observatory in Eureka, Nunavut, Canada and were validated using AHSRL LIDAR and MMCR RADAR data. The results of the retrieval method were used to successfully extract COD up to values of 3 and to separate TICs into two types : TIC1 characterized by small crystals (Deff < 30 [micro]m) and TIC2 by large ice crystals (Deff > 30 [micro]m, up to 300 [micro]m). Inversions were performed across two polar winters. At the end of this research, we proposed different alternatives to apply our methodology in the Arctic.

Les évènements géologiques de surface, comme le volcanisme ou les séismes, sont le fruit d'une dynamique qui vise à dissiper la chaleur interne de notre planète. Dans le manteau terrestre, les roches sont déformées plastiquement dans des conditions extrêmes de pression, de température et de vitesse de déformation. Malgré les récentes avancées expérimentales, il est impossible de reproduire de telles conditions de déformation en laboratoire. C'est pourquoi nous proposons, dans ce travail de thèse, une approche numérique, basée sur la modélisation multi-échelle de la plasticité, des conditions du laboratoire à celles qui caractérisent le manteau terrestre. Nous avons choisi d'appliquer cette méthode à MgO, phase importante du manteau inférieur.À partir des propriétés de cœur des dislocations, nous avons utilisé la théorie des double-décrochements afin de décrire la mobilité d'une dislocation isolée en fonction de la température et de la contrainte. Nous avons ensuite implémenté, dans un code de Dynamique des Dislocations (DD), les paramètres de mobilité des différents défauts afin de décrire le comportement collectif des dislocations lors d’essais numériques de déformation. Les résultats montrent que les propriétés mécaniques de MgO dépendent fortement de la pression et de la vitesse de déformation. / Surface geological events, like volcanos and earthquakes, are due to the internal dynamics of the Earth which tends to release its internal heat. Inside the Earth's mantle, solid rocks are plastically strained under extreme conditions of pressure, temperature and strainrate. In spite of recent experimental progress, it is still impossible to reach such conditions of deformation. This is why we propose an alternative approach, based on the multi-scale modeling of plasticity, from the laboratory conditions to the Earth's mantle. We have choosen to apply our model to magnesium oxide which is a phase present in the lower mantle.From core properties, we modeled a dislocation thermally activated mobility law based on the kink pair theory. Then, we have incorporated it inside a Dislocation Dynamics code to describe the collective behaviour of dislocations throughout numerical strain experiments. Here we show that MgO mechanical properties depends significantly on pressure and strainrate.

Cette thèse s'inscrit dans un objectif à long terme de déterminer in situ (et/ou en usage) les propriétés thermiques des matériaux isolants du bâtiment. Notre objectif est de réduire l'écart entre la mesure en laboratoire et la performance réelle des isolants dans les parois de bâtiments. Nous nous sommes fixés deux objectifs principaux au cours de cette étude: 1- Étudier la possibilité d'utiliser la sonde cylindre à choc thermique pour la mesure des caractéristiques thermiques des matériaux isolants du bâtiment. 2- Étudier le comportement thermique d'un isolant en usage en utilisant un montage basé sur le principe de la boite chaude gardée. Cet équipement permet d'effectuer des études dans des conditions climatiques en température et en humidité proches de situations réelles supportées par l'enveloppe d'un bâtiment. Ce travail a permis d'identifier des verrous lors de l'utilisation d'une sonde à choc thermique pour caractériser des matériaux isolants. Il a aussi montré l'intérêt de la boite chaude gardée pour effectuer des études dans des conditions réelles et pour étudier les transferts de chaleur et de masse dans les parois de bâtiments / This thesis is part of a long-term objective to determine in situ (and / or in use) the thermal properties of building insulation materials. We want to reduce the gap between the laboratory measurement and the actual performance of insulation in buildings walls. We have set two main objectives during this study: 1- To study the possibility of using a non-steady state hot probe for measuring thermal properties of insulants. 2- To study the thermal behaviour of insulation materials in use by using a guarded hot box. Climatic conditions in temperature and humidity close to real situations can be submitted supported by hot and cold cells. This work has shown the interest of using thermal probe to characterize insulating materials. Guarded hot box is also interesting for studies in real conditions and to followheat and mass transfer in buildings walls

Les matériaux de protection incendie sont largement utilisés pour assurer la sécurité des usagers des infrastructures. Les normes de protection incendie évoluant régulièrement, les matériaux doivent être de plus en plus performants. Ceux-ci sont généralement des mortiers constitués d’oxydes réfractaires et isolants. L’objectif de ce travail est de mettre au point un composite coupe-feu 4 h applicable par projection mais également de déterminer ses propriétés thermiques et mécaniques.Dans une première partie, cette étude reprend les différentes étapes de l’élaboration d’un matériau de protection incendie, après la présentation de la démarche qui a guidé l’élaboration de nos matériaux, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la composition chimique de la matrice ainsi que celle du ciment. Leurs propriétés thermiques et mécaniques ont été passées en revue.Les matières premières nécessaires à l’élaboration d’un mortier ont ensuite été sélectionnées. L’évolution, respectivement de la conductivité thermique, de la diffusivité, de la porosité, de la chaleur spécifique et des propriétés mécaniques des mortiers choisis en fonction de la nature et de la quantité de charges incorporées à la matrice a été étudiée. Une description des divers modèles analytiques et numériques permettant la représentation de la conductivité thermique et du module d’Young des matériaux a permis de développer un modèle capable de prédire le comportement thermique et mécanique des composites en fonction de la nature et de quantité de charges ajoutées.Dans une seconde partie, la cinétique de la réaction d’hydratation du plâtre afin de maîtriser les temps de prise et pour faciliter la production des projetés dans la chaîne industrielle a été étudiée. L’influence sur la cinétique d’hydratation, de la composition chimique du plâtre, de sa granulométrie et de l’ajout d’adjuvants couramment utilisés dans l’industrie plâtrière, a également été traitée.10A l’issue de cette étude, deux formulations de composites projetables ont été mises au point. / Fire protection materials are widely used to ensure the safety of users of the infrastructure. Standards of fire protection regularly operating, the materials must be more efficient. These are generally composed of refractory mortar and insulating oxides. The objective of this work is to develop a firewall composite 4 h applied by projecting but also to determine the thermal and mechanical properties.In the first part, this study describes the various stages of the development of a fire protection material, after the presentation of the approach that has guided the development of our materials, we are interested especially in the chemical composition of the matrix and that of the cement. Their thermal and mechanical properties have been reviewed.The raw materials for the preparation of mortar were selected. The evolution respectively of thermal conductivity, diffusivity, porosity, specific heat and the mechanical properties of mortars chosen according to the nature and amount of the fillers incorporated in the matrix has been studied. A description of the various analytical and numerical models for the representation of the thermal conductivity and Young's modulus of the materials led to the development of a model able to predict the thermal and mechanical behavior of composites based on the nature and amount of charges added.In a second part, the kinetics of the hydration reaction of gypsum to control setting time and to facilitate the production of the composite in the industrial chain was studied. The influence on the kinetics of hydration, of the chemical composition of the gypsum, particle size distribution and the addition of adjuvant commonly used in the plaster industry, has also been treated.At the end of this study, two formulations of composites applied by projection were developed.