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Convection turbulente et changement de phase, avec applications à la modélisation des mares de fonte arctiques

/ Rabbanipour Esfahani Babak / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-03-2018
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La fusion et la solidification couplées à des écoulements convectifs sont des processus fondamentaux dans le contexte géophysique, par exemple dans la formation des mares-mares arctiques. Ce système se caractérise par la présence d'écoulements instationnaires, chaotiques et souvent turbulents. Ce travail est motivé par des observations indiquant une réduction de la glace de mer arctique dans la mesure où le modèle global actuel ne pouvait pas prédire. Le but de ce travail est de fournir des informations sur les paramètres pertinents affectant la fusion / solidification dans les étangs de fonte des glaces de mer. La configuration idéalisée que nous considérons consiste en une couche de fluide chauffée par le bas et en contact avec une interface de fusion solide-liquide du côté supérieur. Nous étudions un tel système modèle au moyen d'outils numériques. Nous effectuons des simulations numériques directes par un algorithme Lattice Boltzmann basé sur l'enthalpie pour traiter la dynamique à long terme, ou de manière équivalente le régime à nombre élevé de Rayleigh, à la fois dans des configurations en deux et en trois dimensions. Nous montrons que le processus de convection et de fusion couplé n'améliore que faiblement le flux de chaleur et le mélange dans le système par rapport au réglage de Rayleigh-Bénard. Comme deux extensions au système de fusion, nous considérons l'effet de l'application de la vitesse sur la section liquide du système de fusion, l'effet de chauffage interne du système de fusion.

Realization and characterization of Organic Field Effect Transistors and nano-floating gates memories on rigid and flexible substrates

/ Li Shuo / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-03-2018
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Depuis la découverte des polymères conducteurs, de nombreuses études ont été menées afin d’utiliser ces nouveaux matériaux semiconducteurs en tant que couche active de composants électroniques. Dans cette thèse nous nous intéressons à deux composants clés de l’électronique organique : Les transistors à effet de champs et les mémoires à nano-grille flottante seront réalisés à la fois sur des substrats rigides et flexibles. Pour l’optimisation de nos dispositifs, nous avons choisi de travailler sur les interfaces. Tout d’abord, des monocouches auto-assemblées SAMs ont été utilisés pour optimiser les interfaces électrode/SCO et diélectrique/SCO de l’OFET : des mobilités de 0.68 cm2V-1S-1 et des rapports on/off ˃106 ont été obtenus. Par la suite, nous avons fabriqué des dispositifs de mémoire à simple grille flottante SFG en utilisant les en nanoparticules (NP) d’or et à double grille flottante DFG en utilisant les NP d’or et des feuillets de graphène comme couches de piégeage de charges. En particulier, les DFG avec PFBT présentent en effet d'excellentes performances (une large fenêtre mémoire de 51 V et un temps de rétention stable et de plus de 108s). Ensuite, nous avons fabriqué tous les dispositifs sur des substrats souples en kapton avec des processus de fabrication simples et à basse température. Ces NFGM flexibles ont été caractérisés et leurs performances mesurées (fenêtre mémoire de 23V). Nous avons également mis en évidence un piégeage multi-niveaux dans les NP. De plus, ces composants ont montré une bonne résistance aux tests de flexibilité et de pliage et une stabilité très satisfaisante (supérieure à 500 cycles).

Autour du problème d’Andreadakis

/ Darné Jacques / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-03-2018
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Soit $F_n$ le groupe libre de rang $n$. On considère le groupe $IA_n$ des automorphismes de $F_n$ qui agissent trivialement sur son abélianisé. Deux filtrations canoniques de $IA_n$ sont définies : la première est sa suite centrale descendante $\Gamma_*$ ; la seconde est la filtration d’Andreadakis $\mathcal A_*$, définie à partir de l’action sur $F_n$. Le problème d’Andreadakis est l’étude de la différence entre ces deux filtrations. Après avoir mis en place un cadre général pour l’étude de telles filtrations et des filtrations sur les algèbres de groupes qui leur sont associées, nous étudions différentes versions de ce problème. En particulier, nous examinons sa restriction à certains sous-groupes de $IA_n$ : nous montrons que les deux filtrations coïncident si on les restreint aux groupes triangulaires et aux groupes de tresses. Nous examinons aussi le problème stable : nous montrons que le morphisme canonique entre les algèbres de Lie associées aux filtrations est surjectif si $n$ est assez grand devant le degré considéré. Nous étudions également une version $p$-restreinte du problème, calculant au passage l’algèbre de Lie du groupe de congruence. Les méthodes employées sont essentiellement d’ordre algébrique. Elles proviennent de la théorie combinatoire des groupes ainsi que d’outils développés pour l’étude des groupes de difféotopie, et sont souvent reformulées avec un langage catégorique approprié.

Photodétecteurs rapides à la longueur d’onde de 1550 nm pour la génération et la détection d’ondes sub-THz et THz

/ Billet Maximilien / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-03-2018
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Les photodétecteurs rapides sont des composants optoélectroniques qui permettent de générer et de détecter des ondes de fréquences sub-THz et THz. Cette thèse présente la conception, la fabrication et la caractérisation de photodétecteurs rapides à semiconducteurs III-V. L’objectif est de proposer des systèmes fonctionnant à la longueur d’onde de 1550 nm, et donc compatibles avec les technologies des télécommunications. Nous étudions en détail des photoconducteurs en AsGa-BT pour le sous-échantillonnage, des photodétecteurs de type MSM-InAlAs/InGaAs pour le sous-échantillonnage et le photomélange et des photodiodes UTC en InGaAs/InP pour le photomélange.

Contribution au BIST in-situ : Intégration sur silicium d’un banc de caractérisation en bruit en bande D

/ Bouvot Simon / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-03-2018
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Les progrès des technologies Silicium permettent aujourd’hui de concevoir des circuits électroniques fonctionnant en bande de fréquence millimétrique, grâce à des composants de plus en plus performants. Ces évolutions sont possibles grâce aux performances des transistors, dont les fréquences de fonctionnement sont désormais au-delà de 300 GHz. Pour assurer la conception de circuits dont la taille diminue drastiquement de technologie en technologie, les composants disponibles, et plus particulièrement les transistors, doivent être fidèlement modélisés. Leur modélisation est basée sur des caractérisations en paramètres S, en puissance ainsi qu'en bruit. La caractérisation en bruit permet une extraction des quatre paramètres de bruit des transistors, afin de représenter finement leur comportement bruyant. En bande D (110-170 GHz), l'instrumentation sur-table dédiée n'est pas disponible dans le commerce. Il est donc nécessaire de développer des solutions de test intégrées sur Silicium, afin de limiter les pertes induites par les accès au dispositif sous test. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de concevoir, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc de caractérisation en bruit in-situ. Ce dernier est composé d’un récepteur de bruit, d’un synthétiseur d'impédances, d’un amplificateur faible bruit ainsi que d’une source de puissance. L'extraction des quatre paramètres de bruit d'un transistor bipolaire est alors effectuée grâce à plusieurs étapes de filtrage. Enfin, les perspectives liées à ces travaux de recherche sont évoquées, en particulier l'intégration du banc in-situ dans des sondes de test permettant de caractériser de manière industrielle.

Fundamental aspects of intumescent systems for fire protection of steel structures

/ Hansupo Nittaya / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 22-02-2018
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Le but de ce travail de thèse est d’obtenir une compréhension des mécanisme d’action des revêtements intumescents à base d’époxy afin de fournir des perspectives pour le développement de nouveaux systèmes de protection contre le feu. La formulation intumescente est un système très complexe. Ce travail se concentre en particulier sur les composants clés dont la compréhension des mécanismes d’action était absente. Tout d’abord, les mécanismes d’action des borates ont été étudiés en incluant des modifications chimiques et thermo-physiques; la combinaison des résultats obtenus sous différents aspects permet de comprendre son mode d’action. D’un côté, les borates en particulier l’acide borique ont été mentionnés comme Cancérogènes, Mutagènes, Reprotoxiques (CMR); la substitution de ces composants est nécessaire. Les résultats soulignent le rôle important et la réactivité élevée du zinc (de borate de zinc), ce qui suggère le développement de nouveaux systèmes en incorporant un composé à base de zinc au lieu du borate du zinc. Deuxièmement, l’effet du CaCO3 sur les propriétés de protection contre le feu et son mécanisme d’action dans le revêtement intumescent ont été examinés. L’ajout de CaCO3 améliore les propriétés de protection au feu et d’adhérence/cohérence du revêtement et son mécanisme d’action était justifié. De plus, plusieurs carbonates (MgCO3, ZnCO3, Na2CO3, K2CO3) en tant qu’ingrédient intumescent ont également été examinés. L’utilisation de MgCO3 comme ingrédient intumescent est favorable pour les propriétés de protection contre le feu du revêtement ainsi que pour l’utilisation de CaCO3. Dans ce travail, les mécanismes d’action des borates et des carbonates ont été étudies. Les résultats suggèrent le développement de nouveaux systèmes utilisant des ingrédients alternatifs tels que le composé à base de zinc ou MgCO3.

Multimodal sensing and imaging technology by integrated scanning electron, force, and near-field microwave microscopy and its application to submicrometer studies

/ Haenssler Olaf Christian / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 22-02-2018
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La combinaison de plusieurs procédés d’imagerie et de mesure permet d’obtenir des ensembles de données complémentaires et parfois uniques. A l’aide d’une technique hybride de microscopie présentant des modalités de mesure différentes et des enregistrements synchrones, on peut recueillir des informations complémentaires sur des échantillons à l’échelle nanométrique. De plus, l’intégration de procédés nanorobotiques et de logiciels open-source permet une approche technologique pour la recherche sur les semi-conducteurs et les sciences des matériaux. Ce travail démontre le potentiel d’une telle technologie. Ce démonstrateur fonctionne dans la chambre d‘un MEB et sert de plateforme technologique dans laquelle sont intégrés différentes modalités, technologies et procédés. Un AFM basé sur un interféromètre optique compact permet l’imagerie de la topographie de surface tandis qu’un microscope à micro-ondes à balayage enregistre les caractéristiques électromagnétiques dans la gamme de fréquence des micro-ondes, le tout opérant dans le même MEB. L’engin est contrôlé par un ensemble de logiciels qui est optimisé pour la nanorobotique basée sur l‘imagerie. Ce démonstrateur technologique permet d’observer en direct la région d’intérêt à l’aide du microscope électronique tandis qu’est effectuée en champ proche la caractérisation de la surface de l’échantillon par intermédiaire des micro-ondes évanescentes et des forces intermoléculaires. Ensuite, est présenté un standard multimodal de test et qui valide la fonctionnalité de l’instrument démonstrateur. Le présent travail est complété par une analyse électrique de capacités MOS ainsi que leur approximation destinée au calibrage.

The dynamics of liquid plugs in synthetic networks under cyclic forcings: towards understanding and treatment of respiratory diseases

/ Signe Mamba Stéphanie / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 21-02-2018
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Le système respiratoire est très complexe de par sa structure fractale qui induit des physiques très différentes. Les bouchons liquides caractéristiques de certaines maladies comme la mucoviscidose, les bronchites chroniques ou l’asthme résultent de l’accumulation de mucus dans les voies pulmonaires. Comprendre les mécanismes à l’œuvre lors de l’écoulement de ces bouchons lors d’un cycle respiratoire est donc primordial pour améliorer notre compréhension et le traitement de ces pathologies. Nous présentons dans cette thèse une première étude théorique et expérimentale de la dynamique de ces bouchons liquides dans des tubes capillaires rigides soumis à des forçages unidirectionnels et cycliques. Nous avons développé au cours de ce travail un modèle simplifié permettant de reproduire quantitativement les dynamiques observées, de comprendre la physique sous-jacente et d’identifier les sources d’instabilités qui entraînent la rupture d’un pont liquide. Ce modèle nous a permis de déterminer les pressions critiques nécessaires à la réouverture des voies pulmonaires. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la dynamique des ponts liquides dans des tubes rectangulaires. Nous avons identifié de nouveaux régimes qui n’apparaissent pas dans les géométries cylindriques, et en particulier un régime d’oscillation stable sous forçage en pression périodique. Enfin nous nous sommes intéressés à la dynamique cyclique de ponts liquides dans des réseaux synthétiques en arbres. Nos premiers résultats montrent que les ponts qui ne sont pas détruits lors du premier demi-cycle persistent très longtemps dans les voies et oscillent de manière cyclique dans une génération jusqu’à leur rupture.

Etude cinétique et microstructurale de la transformation ordre-désordre dans les alliages Ni2Cr à faible teneur en fer

/ Stephan Baptiste / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 15-02-2018
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La mise en ordre (MEO) chimique des alliages Ni-Cr modifie leurs propriétés mécaniques et est une préoccupation potentielle pour leur utilisation dans les réacteurs à eau sous pression. Dans ces travaux, la caractérisation de la cinétique de MEO par des vieillissements accélérés a été effectuée sur des alliages modèles à faible teneur en fer. L’apparition de la phase ordonnée Ni2Cr se traduit par une augmentation de la dureté. De plus, la mesure du pouvoir thermoélectrique s’est révélée très sensible à l’apparition de la MEO. Le rôle de la teneur en fer dans la cinétique du phénomène est négligeable à basse température (<450 °C), contrairement aux traitements thermiques pratiqués sur les alliages. Nous avons extrapolé nos résultats au cas des alliages industriels où la teneur en fer est plus élevée : le temps d’incubation de la MEO est estimé à 140 ans à 325 °C. La taille nanométrique des domaines ordonnés et leur faible différence de composition avec la matrice désordonnée rendent leur étude délicate. Nous avons utilisé des méthodes avancées de microscopie électronique en transmission pour progresser dans leur description. Grâce au couplage de l’analyse d’images et de cartographies d’orientation, la proportion surfacique des domaines ordonnés a pu être estimée sur un échantillon témoin. Des cartographies chimiques en perte d’énergie révèlent que le fer est en partie ségrégé autour des domaines ordonnés. Ceci remet en cause l’état d’ordre de la phase Ni2Cr, ce qui a été corroboré par des études quantitatives en microdiffraction sur des domaines ordonnés. A l’échelle atomique, les analyses montrent que le fer se substitue de préférence au chrome dans la maille ordonnée.

Élaboration et mise en oeuvre de méthodes de dimensionnement au flambement : application aux équipements sous pression

/ Tall Mamadou Fakhoudia / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-02-2018
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Depuis plus d’un siècle, le flambement des coques fait l’objet de nombreuses études, aussi bien fondamentales qu’appliquées, d’autant plus qu’il est fréquemment caractérisé par de grandes disparités entre les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques. Grâce aux travaux précurseurs de von Kàrman et Tsien, puis ceux de Koiter, on sait maintenant que contrairement aux poutres et plaques, les coques (cylindriques, sphériques, …) sont très sensibles aux imperfections initiales. Ne connaissant pas, le plus souvent, la nature et l’amplitude précises de ces imperfections, et à des fins d’efficacité, le dimensionnement au flambement est en pratique réalisé en combinant des résultats théoriques sur la structure parfaite et des facteurs d’abattement permettant la prise en compte de défauts géométriques et matériels éventuels, ou d’effets induits par le chargement et les conditions aux limites. Dans ce travail de thèse, on se propose d’utiliser le formalisme des Recommandations Européennes pour un dimensionnement au flambement optimal de sphères et de calottes sphériques sous diverses sollicitations. Les différents paramètres des courbes de voilement de la sphère et des calottes sphériques sous pression externe et sous cisaillement, définis par les Recommandations Européennes, sont extraits au moyen d’analyses paramétriques numériques aussi bien sur la structure qu'imparfaite. Ces calculs préalables numériques (par éléments finis) permettent finalement d’expliciter les différentes courbes d’interaction d’une sphère et de calottes sphériques sous sollicitations combinées (pression externe + cisaillement).

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