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SPI&A - Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (...-2009)

Les thèses soutenues à l'école doctorale "SPI&A - Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (...-2009)"

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  • A Transmission electron microscopy study of the interaction betweeen defects in amorphous silicon and a moving crystalline amorphous interface    - Gandy Amy Sarah  -  19 décembre 2008

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    L'endommagement induit par implantation de xénon dans le silicium a été étudié par microscopie électronique à transmission (MET). Les implantations réalisées à 350°C, à une énergie de 250keV et pour des fluences supérieures à >1x1016 Xe ions/cm2 conduisent à la formation d'une couche amorphe enterrée. Les observations effectuées sur les échantillons recuits montrent la présence d'une rangée de grandes cavités allongées dans la direction perpendiculaire à l'interface. Ceci suggère que, lors de la recristallisation du silicium, le déplacement simultané des deux interfaces entraîne le déplacement du gaz jusqu'à son confinement dans de larges bulles. Afin de mieux appréhender les mécanismes qui conduisent au mouvement des bulles, de l'hélium à faible dose a été implanté dans du silicium préalablement amorphisé par implantation de Li à basse température. L'implantation d'hélium dans le silicium amorphe conduit à la formation de bulles de forme irrégulière. Ce résultat diffère du silicium cristallin où des bulles sphériques sont obtenues pour des conditions d'implantation identiques. Les expériences réalisées 'in situ' dans le MET montrent clairement d'une part que les bulles sont poussées par l'interface, et d'autre part la nucléation de micromacles. Il a été mis en évidence au cours de cette étude que les bulles sont mobiles à plus basse température dans le silicium amorphe que dans la phase cristalline. Lors de la recristallisation, les bulles se trouvent alors confinées dans le matériel amorphe, ce qui résulte en leur coalescence et à la formation de larges bulles une fois que les deux fronts de recristallisation se sont rejoints. De plus, il a été établi que la formation de micromacles dans la région recristallisée est liée à un excès de défauts de type interstitiels dans la zone amorphe. Ce résultat est contraire aux modèles de la littérature qui suggèrent que les micromacles se forment soit sur des plans {111} soit sur les bulles.

  • Contribution à la caractérisation du canal de propagation en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz    - Dunand Albin  -  19 décembre 2008

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    L'élaboration d'un nouveau système de radiocommunication nécessite toujours une caractérisation de ses performances en terme de qualité. Cela passe notamment par des études de performances de l'interface radio à partir de chaînes de simulation, des études de capacités à partir de bilans de liaison simplifiés. Pour cela, une modélisation complète du canal de propagation est nécessaire. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse dont l'objectif est de contribuer à la caractérisation du canal de propagation en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz. Les travaux réalisés au cours de la thèse sont présentés dans deux parties distinctes. La première partie traite de l'influence du sens de propagation sur les résultats de caractérisation du canal. Ces travaux ont été réalisés en étudiant théoriquement et expérimentalement la réciprocité du canal de propagation et de transmission. La seconde partie présente une campagne de mesure pour la caractérisation du canal de propagation MIMO en environnement macrocellulaire urbain à 2.2 GHz. La thèse focalise sur l'analyse qualitative des résultats obtenus du fait de la mise en œuvre expérimentale ambitieuse du dispositif de mesure. En particulier, une méthode originale basée sur la superposition des diagrammes spatio-temporels et de photographies panoramiques est présentée pour évaluer la pertinence des résultats de caractérisation obtenus. Ces résultats de caractérisation sont ensuite présentés au travers d'une analyse statistique des paramètres de propagation, d'une étude des résultats de caractérisation spatio-temporelle de la dépolarisation des ondes.

  • Etude avancée des canaux de transmission radio en contexte MIMO : environnements complexes et couplage inter-antennes très large bande    - Pereira Carlos  -  18 décembre 2008

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    L'essor considérable des télécommunications, à travers la conception et le déploiement de réseaux sans-fil de plus en plus performants en termes de capacité d'abonnés et de débit de transmission, témoigne d'un véritable besoin de nos sociétés actuelles. Ainsi, les systèmes envisagés pour répondre à ces attentes doivent fonctionner dans des environnements de plus en plus complexes (milieux urbains denses et/ou intérieurs). Néanmoins, ces types d'environnements présentent la contrainte d'engendrer une propagation des ondes par trajets multiples. Ce phénomène provoque, lors d' une transmission numérique, des risques d'interférences inter-symboles, de chute brutale du niveau de réception, etc... Pour y remédier, un concept tirant profit de la diversité spatiale et considérant plusieurs antennes à l'émission et à la réception (MIMO : "Multiple Input Multiple Output") a été développé. Celui-ci permet, dans le contexte des réseaux de communication personnels et métropolitains, de répondre aux attentes des abonnés quant à la rapidité et à la qualité des communications numériques. Le canal de transmission en devient ainsi un élément central et l'analyse de ses propriétés représente un enjeu important et un sujet de recherche actif. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'une étroite collaboration entre le Département SIC-XLIM de l'Université de Poitiers et le Département Micro-Ondes de Télécom Bretagne (Brest). Son objectif est double et concerne - d'une part, l'influence de la modéisation de l'environnement sur la caractérisation du canal MIMO par l'intermédiaire d'un simulateur de propagation à tracé de rayons. Plus précisément, ce travail se concentre sur l'aspect géométrique de la modélisation et dans une moindre mesure sur l'influence des propriétés électriques des matériaux; - d'autre part, la question du couplage entre antennes, provoqué par la proximité de celles-ci. La modélisation de ces dernières, issue de précédents travaux menés aux Département Micro-ondes, est tout d'abord rappelée. Elle est ensuite appliquée aux résultats de simulation par une approche rayon. Enfin, la modéisation du couplage entre antennes est reprise pour intégrer pleinement les propriétés de polarisation des antennes. Cette étude est étendue au contexte Ultra Large Bande (ULB) pour lequel de très grands débits de transmission sont considérés. Cette ultime étape permet d'évaluer les bénéfices et les limitations de la modélisation antennaire développée pour finalement dégager les perspectives possible de ce travail de thèse.

  • Conditions de compatibilité en mécanique des solides : Méthode de Darboux    - Léonard-Fortuné Danielle  -  18 décembre 2008

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    Le fil conducteur est celui des conditions de compatibilité des systèmes aux dérivées partielles de la Mécanique des Solides Déformables. L'idée initiale, présentée dans l'ouvrage de Gaston Darboux sur la théorie générale des surfaces, est reprise. Elle consiste à remplacer les symboles de Christoffel par des vecteurs appelés vecteurs de Darboux. Ces vecteurs sont associés à des rotations de la même manière qu'un vecteur rotation instantanée est mis en évidence lors de l'étude du mouvement d'un solide rigide. Les conditions de compatibilité en grandes déformations sont ainsi revisitées à la Darboux. Deux systèmes aux dérivées partielles découplés permettent d'obtenir le déplacement du milieu déformé en deux intégrations successives. L'étude de la nature tensorielle des objets exhibés montre la validité de nos concepts. Une étude inédite des variétés riemanniennes de dimension 3 de même courbure que la sphère est développée. De même, la théorie des surfaces est revue en introduisant les vecteurs de Darboux. La reconstruction d'une surface connaissant ses deux formes fondamentales est proposée conformément au théorème de Bonnet. L'étude particulière d'une surface minimale conduit à un processus de construction effectif à partir de la connaissance du bord. La notion de surface minimale soeur est dégagée, deux exemples sont présentés. Enfin l'équivalence entre l'annulation du tenseur de courbure de Riemann-Christoffel dans une coque et les conditions de Gauss-Codazzi-Mainardi sur sa surface moyenne est établie. Des perspectives, regardant le solide rigide comme une variété riemannienne de dimension 6, sont évoquées.

  • Définition et réalisation d'une boîte à outils générique dédiée à la Programmation sur exemple    - Sanou Loé  -  17 décembre 2008

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    L'implémentation d'un système intégrant la Programmation sur Exemple (PsE) demande au développeur de mettre à disposition de l'utilisateur final des outils d'assistance lors de la réalisation des tâches. Pour le développeur, cela passe par la mise à disposition des différents services à partir de l'interface utilisateur de l'application. Le système doit donc fournir des interfaces particulières, car non seulement l'objectif fonctionnel de l'application ne doit pas changer, mais surtout parce que les techniques de la PsE doivent être naturellement intégrées. Un système de PsE est difficile à implanter, et pourtant, la plupart possèdent des éléments en commun parmi lesquels on trouve une représentation des actions utilisateur, un historique des actions, et parfois un algorithme d'apprentissage symbolique opérant sur l'historique. Nous favorisons la création d'un tel système en fournissant les outils nécessaires sous forme d'une boîte à outils par extension de Swing. Les développeurs peuvent bâtir, avec un minimum d'effort, des applications mettant en oeuvre les techniques de la PsE. Les principaux services de base ont été identifiés et définis : enregistrement des actions utilisateur, rejeu des actions et des techniques utilisables pour la mise en oeuvre d'applications types. Ils ont été prototypés à travers l'outil PbDToolkit, ouvrant la voie vers la simplification de la mise en oeuvre des applications de PsE. En utilisant PbDToolkit, il n'est pas nécessaire d'implémenter les fonctionnalités de base car toutes les opérations y sont déjà implémentées avec la liberté d'usage et d'exploitation offerte aux développeurs. PbDToolkit est instrumenté pour permettre de vérifier la conformité d'une IHM à son modèle de tâches. Le concept établit un lien entre les tâches élémentaires du modèle de tâches et les actions de l'IHM. Ainsi, à l'exécution, un scénario est généré suivant le format de scénario de l'environnement K-MADe, outil de modélisation utilisé.

  • Contribution à l'analyse et à la modélisation des écoulements turbulents en régime de convection mixte : application à l'entreposage des dechets radioactifs    - Lecocq Yannick  -  17 décembre 2008

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    Dans le cadre de la problématique du refroidissement des déchets radioactifs, ce travail a pour objectifs l'étude de l'écoulement autour d'un cylindre chauffant monté en paroi soumis à un écoulement transverse selon l'approche URANS. Les limitations bien connues de la modélisation au premier ordre conduisent à considérer une approche au deuxième ordre. C'est dans ce sens qu'un modèle d'échange thermique est développé puis validé sur des cas académiques. Dans un premier temps, lorsque le régime de convection mixte est dominant, ces calculs, réalisés par le modèle bas-Reynolds k-w SST, et complétés par un calcul isotherme, mettent en évidence de nombreuses structures tourbillonnaires recensées par la bibliographie. Un calcul avec le modèle haut-Reynolds Rij-epsilon SSG est aussi effectué. Avec le modèle k-w SST, l'échange thermique est convenablement reproduit par rapport à l'expérience VALIDA, conduite par le CEA, alors qu'avec le modèle Rij-epsilon SSG celui-ci est fortement sous-estimé, certainement en raison de l'utilisation de lois de paroi. Dans un second temps, lorsque la convection naturelle est prépondérante, la topologie des écoulements est alors complètement différente et le transfert thermique est bien moins fidèle à l'expérience VALIDA. Le modèle à pondération elliptique EB-RSM, issu de l'approche de Durbin, consiste en la prise en compte des effets de paroi, et en particulier le blocage à la paroi. D'après ce formalisme, un modèle algébrique des flux thermiques avec pondération elliptique est développé, l'EB-AFM. Avec ce modèle, des tests a priori dans les trois régimes de convection puis les simulations sur les mêmes cas montrent une nette amélioration dans la prédiction des différents écoulements faisant place à une perspective intéressante d'un modèle intermédiaire entre une formulation SGDH et des équations de transport.

  • Contribution à la caractérisation mécanique des critères de qualités du départ de la course vitesse sur 100 m    - Ben Mansour Khalil  -  17 décembre 2008

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    L'objectif de ce travail est de définir les paramètres mécanique qui caractérisent le départ de course vitesse sur 100 m. La première partie, suite à une analyse de la littérature technique, du règlement instauré par l'IAAF et des études scientifique, cerne les problèmes liés à la mesure et au choix des critères de qualification de la performance du départ de course vitesse sur 100m. La seconde partie met en évidence la nécessité de déterminer avec plus de précision l'instant de mise en action du coureur notamment lors des compétitions internationales. Une analyse en composante principale est réalisée afin de tester la possibilité de créer de nouveaux critères permettant une interprétation objective et fiable de la performance du départ de course vitesse. Au cours de la troisième partie, l'efficacité d'un départ est approchée en intégrant des paramètres directement accessibles par dynamométrie pour enfin les " traduire " en unités de temps. Une station dynamométrique est validée afin d'offrir à l'entraîneur des indications fines, en temps quasi réel, lors des séances d'entraînement. La quatrième partie, propose une nouvelle méthode de solidification permettant une application rigoureuse des principes de la mécanique lors de modélisation tridimensionnelle de l'athlète. Le calcul des torseurs d'action inter segmentaire est réalisé par programmation de l'algorithme de Newton-Euler, en utilisant un formalisme d'opérateurs homogènes.

  • Processes of deposition and testing of mechanical properties of polymers and metal coated polymers    - C̆yz̆iūtė Brigita Abakevic̆ienė  -  16 décembre 2008

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    The Ph.D. work objective was the measurements of the mechanical properties of polymer foils and metal coated polymers, in connection with their microstructures. Two similar micro-tensile deformation devices were developed, which differ by their original non-contact deformation measurement techniques that are electronic speckle pattern interferometry and optical mark-tracking, at the Universities of Kaunas and Poitiers, respectively. The elongation range of both equipments allows for the investigation of elastic and plastic properties of polymer foils, coated polymer foils with thin metallic films. The substrates were either Kapton(r) HN or PET foils that were coated by electron beam evaporation with Al, Ag, Cr and Ni 0.5 thick thin films on both sides. The Young's moduli of the metallic thin films (Ef) were deduced from the stress-strain curves of the substrates and of the metallic/substrate composites. For Al and Ag, the deduced Ef values are in good agreement with those of bulk materials (Eb), while the Ef values for Ni and Cr are found drastically smaller than those of Eb. It was however observed that the Al and Ag metallic layers were uniform, whereas Ni and Cr films were far less regular and exhibit cracks. The microstructures and metal/polymer interfaces were essentially studied on the Ag/PET system. The influence of metal coverage on interface composition, structure, morphology and particle size has been studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and X-ray diffraction (XRD). In addition, the role of deposition temperature over the temperature range 20°C-140°C, i.e. below and above Tg (Tg = 80°C is the PET glass transition temperature), was also examined to understand how microstructure, residual stress, chemical composition and morphology of the Ag/PET layer structure is affected. It was observed that Ag 1 μm thick films evaporated at different temperatures show a compressive stress state with either a (111) texture component below Tg or a random grain orientation above Tg. The texture is formed at the very early stage of growth, at a thickness of nearly 20 nm where the Ag film is still discontinuous. Within the investigated temperature range, the Ag grain size does not depend on the deposition temperature and the deposited films are mostly composed of pure Ag with partially oxidized surface.

  • Mesure du frottement aérodynamique à l'aide d'un revêtement luminescent    - Vétu Raphaël  -  15 décembre 2008

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    Ce travail concerne la mise au point d'une technique de mesure du frottement pariétal basée sur l'analyse de la dégradation d'une Peinture Sensible à la Pression (PSP). Cette dégradation est due à la diffusivité d'un de ses composants : le Pyrène. L'échange de Pyrène à l'interface est lié aux propriétés de l'écoulement à la paroi. Un modèle de dégradation est proposé puis testé expérimentalement dans une configuration de jet d'air subsonique axisymétrique impactant une plaque plane. L'écoulement est caractérisé par Vélocimétrie LASER (PIV et VLF). Ces techniques sont ensuite adaptées à la mesure de vitesse près de la paroi, afin de déterminer le frottement pariétal. L'analyse simultanée de la dégradation de la PSP sous l'effet du jet impactant et des mesures de frottement permet d'apprécier la validité du modèle associant les deux phénomènes. En particulier, le processus mis en évidence ne montre pas une dépendance directe au frottement pariétal. Il semble en effet que le phénomène responsable de la dégradation du revêtement soit lié aux fluctuations de pression et de vitesse à la paroi.

  • Modélisation multi-fréquences du canal de propagation    - Tesserault Guillaume  -  11 décembre 2008

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    Ces dernières années ont été le témoin d'un fort développement des systèmes de communication sans fil. Dans ce contexte, de nombreux problèmes techniques et économiques sont apparus lors des phases de planification, de déploiement et d'optimisation des réseaux radio mobiles. Pour y remédier, les opérateurs utilisent des outils d'ingénierie dédiés qui permettent de résoudre certains problèmes tels que le calcul de couverture, le dimensionnement, la détermination des zones de Hand-Over, les interférences, l'affectation de fréquence, l'optimisation antennaire, la localisation du trafic, etc. Parmi les fonctionnalités indispensables à ces outils d'ingénierie radio mobiles figurent les modèles de prédiction de champ. Également appelés modèles de propagation d'ondes, ils sont implantés dans les outils d'ingénierie et permettent aux concepteurs de réseaux radio mobiles de déterminer les zones de couverture des stations émettrices et d'en déduire les zones d'interférences. Fournissant des informations indispensables à de nombreux outils employés en aval et exploitant les champs prédits, ils occupent une place privilégiée en ingénierie cellulaire. L'objectif de cette thèse est donc de traiter la problématique de la modélisation du canal de propagation en multi-fréquences. Une connaissance plus approfondie de l'effet de fréquence apporterait des réponses précieuses aux nombreuses préoccupations autour de l'UWB et des futurs systèmes MIMO. On s'est attaché à traiter le problème sous différentes formes de modélisation du canal de propagation : l'aspect large bande pour la modélisation des trajets multiples et bandes étroites pour la prévision du champ. Pour cela, deux campagnes de mesures sur des matériaux typiques du bâtiment ont été conçues et réalisées en configuration "in situ" et en chambre anéchoïque. A l'aide de ces mesures, une nouvelle représentation pour les paramètres diélectriques a été proposée et intégrée dans des outils d'ingénierie. Les résultats obtenus à l'aide ces outils ont été confrontées aux résultats d'une campagne de mesure UWB. Ils ont permis, ainsi, d'étendre le domaine de validité des modèles existants en limitant, ainsi, le recours à de nouvelles campagnes de mesure et ils ont aussi permis d'accroître la robustesse des modèles utilisés dans l'ingénierie.

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