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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.

  • 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.

  • Aérodynamique d'un profil d'aile battante à bas nombre de Reynolds    - Andro Jean-Yves  -  08 décembre 2008

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    Les récents progrès des microtechnologies permettent le développement de microdrones d'une envergure inférieure à 15 cm devant assurer des missions d'observation ou d'intervention en milieu risqué. Une approche biomimétique utilisant un système de locomotion par ailes battantes semble notamment prometteuse car elle permettrait une capacité de vol stationnaire et une grande manoeuvrabilité en milieu confiné. Cependant, l'aérodynamique des ailes battantes à bas nombre de Reynolds diffère sensiblement de l'aérodynamique des applications classiques en raison du phénomène de lâcher tourbillonnaire et de la superposition de nombreux mécanismes instationnaires. Dans le cadre de cette thèse, nous avons dans un premier temps étudié le lâcher tourbillonnaire derrière un profil d'aile en caractérisant théoriquement et expérimentalement l'apparition de ce lâcher puis en le simulant numériquement. Des essais en bassin hydrodynamique précisent enfin l'influence des effets 3D et du nombre de Reynolds sur les efforts créés par le lâcher tourbillonnaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié par simulation numérique directe (DNS) les mouvements fondamentaux du vol battu, c'est-à-dire le pilonnement pur et le tangage pur, afin de mettre en évidence les mécanismes instationnaires, de différencier les stratégies du vol battu et de proposer des modèles simplifiés pouvant décrire les efforts instantanés.

  • Aide au développement de systèmes temps réel à l'aide d'un langage graphique flots de données    - Ngo Khanh Hieu  -  04 novembre 2008

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    Le développement d'un logiciel embarqué ou d'un système temps réel nécessite plusieurs étapes qui peuvent être échelonnées dans des intervalles de temps différents, et qui sont souvent itératives. De nos jours, il existe de nombreuses méthodes et outils de développement que l'on peut énumérer tels SA-RT, SD, DARTS, CODARTS, JSD, State-Charts, UML-RT, etc. L'objectif de la thèse est de proposer un environnement de conception, développement et validation d'applications temps réel basé sur la méthode DARTS, et sur le cycle de développement logiciel en W (une extension du cycle de développement classique en V). Cela se traduit par la création d'une bibliothèque logicielle pour un langage graphique flots de données, nommée DARTSVIEW, qui comporte des outils graphiques implémentés en langage G. Grâce à la palette DARTSVIEW, un concepteur pourra non seulement représenter une conception DARTS de façon aisée et intuitive, mais également simuler et tester sur place le modèle pour vérifier le respect de l'aspect fonctionnel du système. Les systèmes temps réel sont des systèmes dont le respect des contraintes temporelles est aussi important que l'exactitude du résultat, autrement dit il faut valider leur aspect temporel. Donc concernant cette pour aider dans cette tâche, la palette DARTSVIEW propose aux utilisateurs la possibilité de générer du code spécifique à une norme temps réel ou un langage cible d'un exécutif temps réel afin de pouvoir tester le système sur cible, et de pouvoir vérifier les paramètres temporels. Il s'agit de deuxième V du cycle de développement en W.

  • Analyse biomécanique 3D de la marche de l'enfant déficient moteur : modélisation segmentaire et modélisation musculo-squelettique    - Desailly Eric  -  08 décembre 2008

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    L'analyse quantifiée de la marche vise à parfaire le diagnostic et à évaluer les traitements des patients présentant des troubles de la locomotion. L'objet de cette thèse est d'évaluer et de développer des modèles biomécaniques susceptibles de mesurer au mieux la réalité de la marche des sujets infirmes moteurs cérébraux. La modélisation est dans un premier temps entreprise à l'échelle segmentaire. Une méthode de détection automatique des contacts au sol est validée. Les questions de la détermination des centres articulaires et de la cinématique du tronc sont abordées, et une méthode de solidification itérative est proposée. La présentation des modalités de calculs par dynamique inverse complète cette modélisation à l'échelle segmentaire. Ces travaux sont implémentés dans le logiciel 3DGait dont l'application est illustrée par un exemple de cas clinique. La modélisation musculosquelettique prolonge ces travaux. Le modèle géométrique et ses solutions de personnalisation sont présentés avec notamment un algorithme original de détermination des chemins musculaires. Deux applications, chirurgicale et clinique, illustrent ce modèle. Enfin les forces musculaires sont calculées permettant ainsi l'évaluation de la sensibilité du modèle dynamique développé aux modifications du modèle géométrique. Ces derniers travaux appellent certaines améliorations des modèles utilisés pour parfaire leur application clinique. Mais surtout, ils ouvrent de larges perspectives pour l'optimisation des corrections chirurgicales, dont ils ont montré la faisabilité.

  • Anémométrie fil chaud à température variable : application à l'étude d'une couche de mélange anisotherme    - Ndoye Elhadji Malick  -  14 novembre 2008

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    Le couplage vitesse-température est étudié au sein d'une couche de mélange anisotherme avec une nouvelle technique d'anémométrie fil chaud à température de fil variable (PCTA) qui permet des mesures simultanées de vitesse et de température en un pont avec un fil unique. Elle repose sur la variation périodique du coefficient de surchauffe du fil. Une procédure d'étalonnage spécifique et une méthode de traitement du signal basée sur les algorithmes de Levenberg-Marquardt ont été mises au point. La technique est validée par comparaison avec les méthodes classiques de l'anémométrie à fil chaud, température constante (CTA) et courant constante (CCA) dans une configuration d'écoulement anisotherme. La couche de mélange est étudiée pour différentes conditions initiales en termes de gradients de vitesse et de température. Le comportement propre du champ de température est mis en évidence et analysé en relation avec celui du champ de vitesse à travers des grandeurs moyennes comme la forme des profils transversaux, l'expansion, la dissymétrie, puis à travers le comportement des fluctuations turbulentes. Les densités de probabilité de la température sont de type " marching " dans la région de développement et " non marching " dans la région de similitude. Le synchronisme des mesures vitessetempératurepermet une analyse fine des interactions des fluctuations de vitessse et de température dans le mélange turbulent : des corrélations, des probabilités conditionnellles et une analyse en quadrant, confirment la prédominance, dans le flux de chaleur turbulent, des éjections aux points selles des régions inter-tourbilonnaires.

  • Animation et contrôle de structures topologiques : application à la simulation d'évolution en couches géologiques 2D    - Léon Pierre-François  -  19 juin 2009

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    Cette thèse présente une nouvelle méthode d'animation basée sur la topologie. Elle consiste à animer une partition de l'espace et en assurer sa cohérence. Le système d'animation s'appuie sur un mécanisme événementiel qui détecte les incohérences topologiques. L'animation est générée à partir du traitement séquentiel de tous les événements. Lors du mouvement des entités, l'instant des collisions est calculé et des événements sont générés. Pour prendre en charge ces collisions, ces événements sont traités par rapport à leurs contextes locaux (géométrique, sémantique). Un traitement engendre des changements géométriques et topologiques et assure la cohérence entre le modèle géométrique et le modèle topologique. Cette thèse présente également une application en géologie permettant de générer l'animation de l'évolution du sous-sol à partir de phénomènes naturels décrits dans un scénario. Dans ce cadre, un scénario est composé d'une suite de phénomènes géologiques (sédimentation, érosion, création de failles et glissement) analysée par le système d'animation 2D. Un phénomène est traduit en un ensemble d'événements initiaux. Une fois l'animation générée, le géologue peut l'analyser et la valider grâce aux informations sémantiques et historiques fournies par le modèle.

  • Calcul direct acoustique et analyse des mécanismes de génération de bruit des écoulements cisaillés libres    - Cabana Marie  -  27 novembre 2008

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    La connaissance des mécanismes physiques responsables de la production sonore par les écoulements turbulents est indispensable pour permettre l'élaboration des techniques de réduction et de contrôle du bruit d'origine aérodynamique. Dans ce travail, nous avons développé une méthodologie d'analyse s'appuyant sur une décomposition du terme source de l'analogie de Lighthill, qui fait apparaître explicitement la dilatation et la vorticité, et sur un filtrage en nombre d'ondes. Associé à des bases de données obtenues par calcul direct acoustique, qui offrent un accès simultané à toutes les quantités dynamiques et acoustiques, cet outil permet d'identifier le rôle acoustique des différents termes. L'application de notre méthodologie à l'analyse des sources acoustiques dans une couche de mélange, permet d'interpréter le rayonnement sonore comme le résultat de subtils déséquilibres spatio-temporels entre les termes. Une nouvelle version du code de calcul direct acoustique a ensuite été développée, afin d'obtenir des bases de données en configuration 3D pour un coût de calcul raisonnable. Nous avons choisi d'implanter des schémas compacts décentrés d'ordre élevé pour la discrétisation spatiale, et de tester leur aptitude au calcul direct acoustique sur un cas test. Les résultats obtenus montrent la capacité de ces schémas à contrôler les oscillations numériques à résolution marginale et soulignent leur robustesse. Deux simulations de jets 3D chaud et froid ont été réalisées, dont nous présentons des résultats dynamiques et acoustiques préliminaires.

  • Conception et implémentation d'un méta-modèle de machines asynchrones en défaut    - Bazine Sadok  -  29 juin 2009

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    Pour mener des recherches en diagnostic de la machine asynchrone sur des défauts essentiellement électriques ou mécaniques, l'outil de simulation est indispensable pour les investiguer. Autant en pratique certains défauts sont quasiment impossibles à réaliser, qu'il est souvent aussi difficile de les reproduire en simulation sans y consacrer un temps de développement très important. C'est pour cela que dans cette thèse, avec l'idée d'utiliser les outils issus du génie logiciel, on s'est donné comme objectif d'automatiser la génération d'un simulateur de la machine asynchrone en défaut. Après un recensement des différentes approches de simulation des machines asynchrones, nous avons développé notre modélisation avec la méthode des Circuits Électriques Magnétiquement Couplés (CEMC). Nous détaillons pas à pas les étapes empruntées par le Méta Modèle, dans un premiers temps, pour modéliser une machine saine, en décrivant les parties élémentaires du modèle jusqu'à la façon de les assembler pour obtenir le modèle de la machine complète. Cela s'est traduit par la génération des mutuelles intrinsèques au stator, intrinsèques au rotor, et des mutuelles stator-rotor, ainsi que la construction des matrices de connexions selon les caractéristiques topologiques du bobinage de la machine. Ensuite, nous avons enrichi ce Méta Modèle par la prise en considération de la présence de défauts de type court-circuit de spires au sein d'une même phase, court-circuit entre phase et terre ou rupture de barres. Nous avons montré comment ce générateur de modèle prend en compte chacune de ces altérations topologiques en faisant les extensions nécessaires aux matrices de connexions et aux matrices du

  • 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.

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