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Modélisation numérique de l’évolution nanostructurale d’aciers ferritiques sous irradiation

/ Chiapetto Monica / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 27-09-2017
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Dans ce travail nous avons développé des modèles de Monte Carlo cinétique d’objets (OKMC) qui ont permis de prédire l'évolution nano-structurelle des amas de lacunes et des auto-interstitiels sous irradiation neutronique, à la température de fonctionnement des réacteurs de génération II dans les alliages Fe-C-MnNi (alliages modèles pour les aciers de cuve) et Fe-Cr-C (matériaux envisagés pour les réacteurs de génération IV). Un véritable acier de cuve venant du programme de surveillance de la centrale nucléaire suédoise de Ringhals a aussi été modélisé. Pour ce faire nous avons développé deux modèles OKMC fondés sur les données les plus actuelles concernant la mobilité et la stabilité des amas de défauts. Les effets des solutés d'intérêt ont été introduits dans nos modèles dans l’hypothèse simplifiée ‘‘d’alliage gris’’, c'est-à-dire que les solutés ne sont pas explicitement introduits dans le modèle, qui ne peut donc pas décrire leur redistribution, mais leur effet est introduit dans les paramètres liés à la mobilité des amas de défauts. A l’aide de cette approche nous avons modélisé diverses conditions de température et de débit de dose ainsi que des études de recuits isochrones d’alliages Fe-C-MnNi. L'origine du durcissement par irradiation neutronique à basse température a également été étudiée et les modèles ont fortement soutenu l'hypothèse selon laquelle les solutés ségrégent sur des boucles interstitielles immobiles, qui agissent donc comme des sites de nucléation hétérogène pour la formation d’amas enrichis en NiSiPCr et MnNi. A chaque fois nos modèles ont été validés par comparaison des résultats obtenus avec les observations expérimentales disponibles dans la littérature.

Structure, interactions and reactivity of molecules not easily amenable to experiment

/ Skoviera Jan / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Univerzita Komenského (Bratislava) / 25-09-2017
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Le réacteur ITER exploitera trois types de chauffage : injection de neutres (NBI), chauffages ohmique et haute fréquence. Les sources NBI utilisent un jet d'atomes d'hydrogène et de deutérium. La région du conducteur à l'intérieur de la bobine radiofréquence produits des ions hydrogènes par des collisions avec des électrons chauds. Les ions sont extraits par le champ électrique dans la région d'expansion où le césium évaporé entre dans le plasma. Celui-ci entre alors dans la région d'extraction où les atomes, les ions et les molécules d'hydrogène sont convertis en ions négatifs sur une grille recouverte de césium. La chimie de ces processus est plutôt compliquée et n'est pas très bien comprise. Le but de ce travail est d'examiner la majorité des processus qui pourraient avoir un impact sur les espèces anioniques hydrogénées soit par des réactions de formation ou destruction liées au césium. La réactivité du césium, la dynamique de CsH ainsi que celles d'espèces chimiques associées à CsH peuvent être bien décrites aujourd'hui en utilisant des méthodes ab initio. Les méthodes CASSCF et CASPT2 ont été employées pour calculer les courbes d'énergie potentielle de CsH et CsH+ dans leurs états fondamentaux et excités afin d'estimer leurs constantes spectroscopiques et obtenir les représentations des orbitales moléculaires de CsH et de ses ions. Les énergies de réactions ont été également déterminées pour plusieurs espèces chimiques de type CsxHy associées à CsH en utilisant la méthode CCSD(T). L'ensemble des résultats obtenus dans cette thèse permet de mieux comprendre les faits expérimentaux et ainsi de mieux caractériser la chimie de ces processus.

Eco-designed functionalization of polyester fabric

/ Agnhage Tove / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Soochow university (Suzhou), Högskolan i Borås (Suède) / 20-09-2017
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La recherche présentée dans cette thèse comporte l’évaluation des impacts environnementaux en utilisant l’outil d’analyse du cycle de vie (ACV) pour la conception du traitement d’un tissu de polyester (PET) multifonctionnel avec des anthraquinones naturelles. La méthodologie d’éco conception que nous avons appliquée ouvre la voie à une bio-fonctionnalisation des textiles plus respectueuse de l’environnement. Les anthraquinones ont été obtenues par extraction des racines de plantes de garance et constituent le colorant appelé garance. Les trois questions principales abordées lors de ce travail de recherche sont formulées autour de l’utilisation de la garance : (I) Peut-on traiter les tissus de PET avec de la garance pour obtenir des propriétés multifonctionnelles ? (II) Quel est le profil environnemental du procédé de teinture du PET par la garance et comment l’améliorer ? (III) Quels sont les principaux challenges pour l’utilisation de l’ACV dans l’évaluation environnementale du traitement des textiles par des colorants naturels? Nous avons montré que la garance peut être utilisée pour conférer des propriétés multifonctionnelles au PET par des procédés de fonctionnalisation par épuisement ou par foulardage. En s’appuyant sur l’ACV, l’optimisation de la teinture que nous avons réalisée réduit tous les impacts sur l’environnement et la qualité des fonctionnalités. Cette étude nous permet d’identifier les challenges qui doivent être surmontés pour que l’ACV puisse contribuer à l’utilisation de bio-molécules pour la teinture des textiles dans le respect des principes de développement durable.

Fibres microstructurées pour la mise en forme spatiale : fibres délivrant un mode fondamental aplati

/ Gouriou Pierre / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 15-09-2017
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La mise en forme spatiale de faisceau laser, en particulier l’obtention d’un profil d’intensité homogène intéresse aussi bien la recherche que l’industrie (recherche biomédicale, microscopie, découpe, gravure, marquage laser, Laser MegaJoule…). De par ses avantages intrinsèques, nous sommes désireux d’apporter une solution fibrée, monomode et à maintien de polarisation. Ces travaux s’articulent autour de 2 problématiques : L’obtention d’un mode plat polarisé linéairement. Différentes solutions ont été mises en place pour satisfaire cette contrainte (embouts, fibres air-silice et fibres toute solide incluant des barreaux de contraintes). Nous avons notamment réalisé une fibre microstructurée air-silice monomode délivrant un mode plat de diamètre 20µm à 1050nm de polarisation linéaire (taux d’extinction de 20dB, biréfringence ~0,6x10-4). Cette fibre a été intégrée avec succès dans une chaine amplificatrice délivrant un faisceau cohérent avec un profil d’intensité aplati polarisé linéairement dépassant 100µJ en régime nanoseconde. En parallèle le développement de codes numériques a permis de proposer des designs augmentant la biréfringence voire polarisants. L’augmentation de l’aire effective du mode. Nos études ont permis de mettre en évidence les compromis entre qualité modale et pertes par courbures y compris dans le cas de structure présentant des résonateurs pour « vider » les modes d’ordre supérieur. L’impact sur le contenu modal des indices de différents types de barreaux de contraintes et de la biréfringence induite a également été étudié. Enfin nous avons réalisé une fibre mode plat à 1050nm de diamètre 34µm (aire effective ~1200µm2) utilisable en tant qu’embout.

Sista : a metacircular architecture for runtime optimisation persistence

/ Béra Clément / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 15-09-2017
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La plupart des langages de programmation de haut niveau s'exécutent sur une machine virtuelle (VM) pour être indépendant du hardware utilisé. Pour atteindre de hautes performances, la VM repose généralement sur un compilateur à la volée (JIT), qui spécule sur le comportement du programme basé sur ses premières exécutions pour générer à la volée du code machine efficace et accélérer l'exécution du programme. Étant donné que plusieurs exécutions sont nécessaires pour spéculer correctement sur le comportement du programme, une telle VM nécessite un certain temps au démarrage pour atteindre les performances maximales. Le JIT est habituellement compilé en code exécutable avec le reste de la VM avant sa première utilisation. La thèse propose Sista, une architecture pour un JIT, dans laquelle l'état optimisé de la VM peut être persisté entre plusieurs démarrages de la VM et le JIT s'exécute dans le même environnement d'exécution que le programme exécuté. Pour ce faire, le JIT est divisé en deux parties. Une partie est de haut niveau: elle effectue des optimisations spécifiques au langage de programmation exécuté par la VM et est méta-circulaire. Sans connaissances des détails de bas niveau, cette partie peut être lue, éditée et déboguée pendant le fonctionnement du programme en utilisant les outils de développement du langage de programmation exécuté par la VM. La deuxième partie est de bas niveau: elle effectue des optimisations spécifiques au hardware utilisé et est compilée en code exécutable, au sein de la VM, avant sa première utilisation. Les deux parties du JIT utilisent une représentation intermédiaire bien définie pour échanger le code à optimiser. Cette représentation est indépendante du hardware utilisé et peut être persistée entre plusieurs démarrages de la VM, ce qui permet à la VM d'atteindre rapidement les performances maximales. Pour valider l'architecture, la thèse inclus la description d'une implémentation utilisant Pharo Smalltalk et sa VM. L'implémentation est évaluée par rapport à différents indices de performance, incluant l'exécution de programme utilisés en entreprise et de petits programmes utilisés pour mesurer la performance d'aspects spécifiques de la VM. Le JIT est implémenté selon l'architecture proposée et permet d'exécuter le programme jusqu'à 5x plus vite que la VM en production aujourd'hui. En outre, les indices de performance montrent que les performances maximales peuvent être atteintes presque immédiatement après le démarrage de la VM si cette dernière peut réutiliser l'état optimisé d'une autre exécution.

Conduction thermique à la nanoéchelle dans le silicium : simulations par dynamique moléculaire d’approche à l’équilibre

/ Zaoui Hayat / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 01-09-2017
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Les propriétés thermiques des nanomatériaux offrent une palette variée de comportements. Parfois, le transfert thermique est dégradé comparé à l'échelle macroscopique, produisant un échauffement dans les nanodispositifs électroniques et une augmentation de l'efficacité des modules thermoélectriques. D'autres fois, la conductivité thermique atteint des niveaux supérieurs à ceux des matériaux massifs. Cette thèse étudie le transport de chaleur dans des nanostructures de silicium par simulation à l'échelle atomique. La méthode de la dynamique moléculaire est utilisée dans un cadre original basé sur l'exploitation de transitoires de température, la dynamique moléculaire d'approche à l'équilibre (AEMD i.e. Approach-to-Equilibrium Molecular Dynamics). Après avoir présenté et illustré l'AEMD dans le cas du silicium massif, nous étudions la conductivité thermique de nanofils lisses en fonction de leur diamètre et de la longueur. Nous montrons que le profil de température est conforme à l'équation de la chaleur et que la conductivité thermique des nanofils sature à grande longueur. Nous étudions ensuite l'effet d'une nanostructuration par évidement et de la rugosité de surface. Nos résultats sont comparés à une approche de simulation alternative pour explorer le poids relatif des collisions phononiques internes et surfaciques. Enfin, nous nous intéressons à la conductivité thermique de membranes de silicium nanostructurées fabriquées au sein du laboratoire. Nous montrons que, pour réduire davantage la conductivité thermique et ainsi augmenter l'efficacité de conversion d'un dispositif thermoélectrique, il faudra davantage de nanostructuration que des évidements cylindriques.

Fatigue oligocyclique de l’acier martensitique T91 en présence de l’eutectique Pb-Bi liquide et influence de l’oxygène

/ Carle Garcia Carla Raquel / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 30-08-2017
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L’objectif de cette étude est d’aboutir à une meilleure compréhension du comportement mécanique et des mécanismes d’endommagement par fatigue oligocyclique de l’acier martensitique T91 à 350°C en présence de l’eutectique Pb-Bi liquide. L’effet de la teneur en oxygène dissous dans le métal liquide, de la température d’essai, de la vitesse de déformation et d’un maintien en traction a été analysé. Un dispositif expérimental permettant la réalisation d’essais de fatigue oligocyclique avec contrôle de la déformation totale dans l’eutectique Pb-Bi liquide à bas taux d’oxygène (10-7 -10-9 % massique) dissous a été conçu spécialement pour ce travail. Toutes les durées de vie mesurées en présence de l’eutectique Pb-Bi sont systématiquement plus faibles que celles mesurées à l’air, notamment à déformation importante. La présence de l’eutectique Pb-Bi réduit la densité de fissures courtes et modifie le mode de propagation de la fissure longue. Un faciès de rupture fragile marqué de stries en milieu Pb-Bi remplace le faciès à stries ductiles observé à l’air. Dans notre étude, la diminution de la teneur moyenne en oxygène dans l’eutectique Pb-Bi a produit un effet tantôt neutre tantôt néfaste en raison de sa concentration locale supposée variable. Une vitesse de déformation faible est un facteur aggravant. Nous pensons que le glissement répété détruit en surface la couche d’oxyde natif permettant l’adsorption d’atomes Pb et/ou Bi sur les extrusions et intrusions. Les modèles basés sur la réduction locale de la contrainte de cisaillement et sur la réduction de la cohésion semblent rendre compte de l’effet de l’eutectique Pb-Bi sur la croissance des fissures surfaciques et en volume.

Smart Grid deployment and use in a large-scale demonstrator of the Smart and Sustainable City (SunRise) : comprehensive analysis of the electrical consumption

/ Sakr Daniel / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-07-2017
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Les concepts de ville intelligente et des réseaux intelligents constituent une excellente occasion pour construire des villes inclusives axées sur la qualité de vie. Cependant, ces concepts sont complexes et récents. Leur implémentation nécessite de l'apprentissage à travers des grandes expérimentations. Ce travail concerne s’inscrit dans ce cadre. Il est réalisé dans le cadre du démonstrateur à grande échelle de la Smart City (SunRise) qui est réalisé sur le Campus Scientifique de l'Université de Lille. Il comprend trois parties : La première partie comporte une analyse bibliographique sur les recherches menées dans le domaine de la Smart City. Elle présente les défis de la ville, ensuite, elle traite la mutation numérique et son rôle dans la transformation de la ville en une ville intelligente et la transformation des réseaux urbains en réseaux intelligents. La deuxième partie décrit le système électrique du campus. Elle présente le projet SunRise, qui consiste à construire un démonstrateur des réseaux urbains intelligents sur Campus Scientifique, qui équivaut à une ville d'environ 25 000 habitants. Ensuite, elle présente le campus le système électrique et sa gestion. La dernière partie concerne l'analyse de la consommation électrique. Elle présente la méthodologie développée qui comporte (i) l'enregistrement des consommations et leur transmission au serveur de réseau électrique, (ii) la transmission de données au serveur SunRise, (iii) le nettoyage et le stockage des données, (iv) la construction des profils de consommation des bâtiments et l’analyse de ces profil. Cette méthodologie est appliquée pour l'analyse de la consommation des différents trois bâtiments du campus.

Gestion des conflits au travail : les systèmes relationnels complexes dans trois situations en France, Canada et Russie

/ Valitova Aysylu / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université Laurentienne de Sudbury / 12-07-2017
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Nous développons une problématique particulière basée sur l'articulation de quatre grandes dimensions : l'analyse des conflits en termes de processus d'escalade, les phénomènes psychosociologiques de communication interpersonnelle et de positionnement dans la relation (Ecole de Palo-Alto), les dimensions culturelles et enfin les trajectoires individuelles notamment en termes d'habitus au sens de Bourdieu et développé par Lahire. Celui-ci est appliqué à l'étude de trois cas de conflits, dans un centre social en France, une université au Canada et un organisme culturel en Russie. Le conflit commence au sein de relations interpersonnelles par des positionnements relationnels incongruents au sens de l’Ecole de Palo-Alto (disjonctions relationnelles). De nombreux processus « classiques » en psychosociologie se combinent : construction d’identité sociale intergroupe, facilitation sociale, polarisation, illusion groupale (group thinking), et autres. Nous analysons sur ces cas comment ces processus catalysent le conflit interpersonnel pour aboutir ou non à une socialisation du conflit. Les analyses montrent comment les aspects proprement individuels et interpersonnels, de par les positionnements relatifs des personnes et au premier chef d'entre elles des phénomènes de communication, créent des escalades conflictuelles. Une analyse en termes de stratégies d’acteurs se révèle alors insuffisante pour comprendre les dynamiques de conflit. L’ensemble des processus, dans un « complexe de situation », débouchent sur une dynamique de conflit dans lequel au final tous les partenaires sont perdants. Les analyses de cas soulignent que les facteurs contextuels (habitus, champs, cultures, dont les cultures nationales, etc.) ne sont pas déterminants, ils sont actants via leur internalisation dans les comportements des personnes dans la situation actuelle.

Advanced numerical modeling of vibrations induced by railway traffic

/ Mezeh Reda / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université libanaise / 11-07-2017
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Les lignes à grande vitesse sont considérées comme une source importante de perturbations environnementales qui sont de moins en moins tolérées par les habitants. Afin de comprendre la dynamique de ces systèmes, il est important de développer des modèles numériques pour simuler les problèmes de vibration véhicule/voie ferrée et comprendre les interactions de la voie ferrée et des composants du véhicule. Une nouvelle approche basée sur la mise à jour périodique de la configuration « Méthode PCU » est d’abord proposée pour l’évaluation de la réponse dynamique des poutres infinies continuellement supportées sous charges mobiles à grande vitesse. La méthode PCU est utilisée pour évaluer la réponse dynamique d’un système simplifié voie ferrée/sol dans lequel la fondation du rail est remplacée par une couche viscoélastique continue. D’autre part, une modélisation numérique 3D considérant le couplage dynamique mutuel complexe entre les composantes de la voie ferrée et la couche du sol est développée. Un schéma de maillage adaptatif est appliqué pour simuler l’effet des charges mobiles ; il est représenté par la création des nœuds mobiles attachés aux charges. Cette modélisation est appliquée avec succès dans la gamme de vitesses sub-Rayleigh et super-Rayleigh. Dans la dernière partie, la modélisation numérique 3D est utilisée pour calibrer les impédances dynamiques du modèle simplifié proposé dans le premier chapitre. Une procédure itérative d’ajustement de courbe est réalisée à l’aide de l’algorithme génétique. Des lois constitutives qui régissent le comportement dynamique des éléments discrets sont proposées aux différentes fréquences de chargement et gamme de vitesses.

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