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The investigation on mechanical behaviours of reinforcements and machining properties during manufacturing composites with complex shapes

/ Xiao Shenglei / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Dalian University of Technology (Chine) / 30-10-2019
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Les caractéristiques mécaniques et le comportement à la déformabilité des renforts sont des connaissances essentielles pour optimiser les procédés de fabrication des composites notamment de formes complexes. Par ailleurs, les propriétés d'usinage des composites déterminent également grandement la performance en service des pièces composites. Cette thèse est consacrée aux trois aspects des procédés de fabrication et d'usinage afin d'explorer les caractéristiques particulières des propriétés mécaniques et des comportements de déformabilité des tissus tressés, qui sont des renforts textiles prometteurs et excellents pour les composites aux formes complexes. Mais également étudier les procédés d'usinage en utilisant la technique du jet d'eau abrasif afin d'améliorer encore l'efficacité de l'usinage sans sacrifier la qualité. Les caractéristiques mécaniques des renforts tressés, en particulier pour les composantes de cisaillement dans le plan, ont d'abord été étudiées et modélisées à partir d’essais de bias-test. Par ailleurs, les tresses triaxiales ont également fait l'objet d'une étude expérimentale de détermination des caractéristiques mécaniques relativement aux paramètres de tressage, tels que l'angle de tressage et le nombre de fils. Le comportement à la déformabilité des tresses triaxiales lors de l’étape de préformage a été analysé et corrélés avec les défauts associés en fonction des différentes conditions du procédé, telles que les pressions appliquées. De plus, l'évolution du comportement à la déformabilité en fonction de l'angle de tressage a été modélisée géométriquement et vérifiée par des résultats expérimentaux. La découpe améliorée multi-passe du jet d'eau abrasif a été introduite dans le processus d'usinage des composites grâce à l'exploration du mécanisme d'enlèvement de matière associée. Il a été conclu expérimentalement qu'une telle technique pouvait améliorer efficacement la qualité et l'efficacité de l'usinage.

Conception et réalisation des bobines PCB à base de matériau magnétique souple pour des convertisseurs HF

/ Chafi Ammar / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Sherbrooke (Québec, Canada) / 28-10-2019
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L'arrivée sur le marché des transistors au Nitrure de Gallium (GaN) permet l'augmentation de la fréquence de commutation des convertisseurs statiques. La conséquence directe est la réduction des dimensions des composants passifs et l'augmentation de la densité de puissance des convertisseurs. Les bobines utilisées pour le stockage et le filtrage sont des composants très volumineux et qui occupent une place importante dans les convertisseurs. Une solution permettant de réduire les dimensions de ces bobines consiste à augmenter la fréquence de fonctionnement des convertisseurs statiques grâce aux composants GaN. Les travaux de cette thèse portent sur la conception et la réalisation des bobines de stockage d'énergie, réalisées à partir de pistes de circuit imprimé (PCB) et de matériaux magnétiques souples. Ces bobines sont destinées aux convertisseurs DC-DC hautes fréquences (HF) à base de transistors GaN. Les matériaux magnétiques souples commercialisés sous forme de feuilles présentent des caractéristiques magnétiques adaptées aux applications hautes fréquences. Ainsi, elles peuvent être découpées en différentes formes géométriques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé une méthode de conception des bobines PCB à base de matériaux souples pour les convertisseurs HF. Elle est basée sur un algorithme d'optimisation du volume de la bobine en prenant compte les contraintes thermiques du matériau magnétique, mais également des capacités parasites qui apparaissent en HF. La bobine ainsi conçue est réalisée puis caractérisée afin de valider l’outil de conception proposé. La dernière étape consiste à intégrer la bobine obtenue dans un convertisseur Boost synchrone à base de transistors GaN commutant à une fréquence de 1 MHz. Dans le but de tenir compte finement des contraintes thermiques durant la phase de conception de la bobine, des améliorations sont proposées, on se basant sur les résultats de validation expérimentale.

Réactions photorédox appliquées à la valorisation du monoxyde de carbone et du 1,3-butadiène

/ Gosset Cyrille / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-10-2019
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Le domaine de la photocatalyse connait un intérêt important car il permet le développement de procédés éco-compatibles et l’emploi de conditions douces. De nombreux photocatalyseurs organiques ou organométalliques tels que les xanthènes, les complexes de ruthénium ou d’iridium ont été développés. A ce jour, très peu d’exemples décrivent la valorisation de gaz tels que le monoxyde de carbone et le 1,3-butadiène dans des réactions de catalyse photorédox. Dans ce contexte, les travaux présentés dans la thèse ont reporté la synthèse d’acides arylcarboxyliques et la fonctionnalisation en α d’aldéhydes photocatalysées respectivement par le ruthénium tris(bipyridine) et l’éosine Y, sous pression de monoxyde de carbone. La valorisation du 1,3-butadiène est également décrite par arylation de Meerwein à partir de sels d’aryldiazonium, associée à la réaction de Ritter photocatalysée par le ruthénium tris(bipyridine). L’arylation de Meerwein a également été associée à d’autres nucléophiles tels que les isonitriles, de même qu’à des étapes de cyclisation pour les synthèses de dihydroisoquinoléines et d’isochromanones. Enfin, la synthèse de phtalides par cyclisation intramoléculaire et photocatalysée par le 4CzIPN a été effectuée.

Identités intégrales et estimations explicites associées pour les fonctions sommatoires liées à la fonction de Möbius et autres fonctions arithmétiques

/ Daval Florian / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-10-2019
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Cette thèse développe, tant du point de vue théorique que de celui des explorations numériques, la théorie dite explicite des nombres premiers, principalement sous l'angle de la variable réelle. Elle s'inscrit dans un cadre initié par Michel Balazard qui met en avant des identités intégrales reliant la fonction sommatoire M des coefficients de Möbius avec sa variante logarithmique m. Nous présentons un mécanisme systématique de fabrication de telles identités, avec comme paramètre une fonction g intégrable sur [0,1]. Nous étudions particulièrement le cas des g polynomiales (il englobe toutes les identités précédemment publiées par Balazard), en cherchant à optimiser certaines normes sup pour l'utilisation des identités intégrales associées. Nous détaillons la stratégie des explorations numériques, dont l'objectif in fine est l'étude de constantes implicitement définies par Balazard. Puis nous revenons à l'obtention de valeurs exactes pour sup {|m(x)-M(x)/x| (log x)^j : x >T} pour j=0,1,2 et certains T. Par la suite, nous obtenons une minoration en moyenne effective de |M|$qui est apparentée à un résultat antérieur de Pintz, mais notre approche est essentiellement différente car elle n'utilise presque pas d'analyse complexe. Et nous donnons le résultat analogue pour la fonction sommatoire de la fonction de Liouville. Par ailleurs nous nous intéressons aux meilleures estimations connues non-effectives pour M(x) et montrons comment les transformer en des estimations de xm(x) - M(x) du même type. Les techniques et résultats obtenus pour m et M sont partiellement étendus à d'autres fonctions arithmétiques.

Élucidation des processus de lignification par la stratégie du rapporteur chimique alliée à la microscopie confocale en fluorescence et à la résonance paramagnétique électronique

/ Simon Clémence / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 23-10-2019
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La lignine est un polymère polyphénolique présent au niveau de la paroi végétale, qui forme avec la cellulose la biomasse lignocellulosique. Cette dernière est impliquée dans de nombreux processus industriels (biocarburant, pâte à papier, etc.). Une meilleure compréhension de sa biosynthèse est donc nécessaire pour améliorer la valorisation de la biomasse. La lignine est composée de trois principaux monomères appelés monolignols (H, G et S) qui sont assemblés par un couplage radicalaire initié par des laccases et/ou peroxydases lors de la lignification. L’émergence récente de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal apparait comme une technique idéale pour étudier les processus de lignification. Dans cette stratégie, un analogue de la biomolécule d’intérêt modifié avec une étiquette chimique biocompatible est incorporé dans la biomacromolécule cible via les voies métaboliques. Il est ensuite couplé à une sonde grâce à une réaction chimique bioorthogonale pour être détecté. Ces travaux de thèse présentent le développement d’outils chimiques basés sur la stratégie du rapporteur chimique afin d’étudier les processus de lignification. Une stratégie inédite de triple marquage a été mise au point pour étudier la dynamique de lignification dans la paroi végétale par microscopie confocale de fluorescence. Des analogues portant des groupements méthylcyclopropène, azoture, et alcyne ont été conçus pour chaque monolignol (S, H et G respectivement) et ont été incorporés simultanément dans la lignine de novo. Ces analogues ont ensuite été liés sélectivement à un fluorophore par des réactions de ligation bioorthogonale spécifiques lors d’un triple marquage séquentiel (DAinv, SPAAC et CuAAC respectivement). La microscopie confocale de fluorescence a permis de visualiser leur incorporation différentielle dans la lignine et d’obtenir des informations sur la dynamique de lignification chez différents systèmes végétaux (sections de tiges et de racines, tiges entières, etc.) et chez différentes espèces végétales (lin, Arabidopsis thaliana, peuplier, etc.). De plus, le triple marquage a pu être réalisé avec deux types de biomolécules pour visualiser la biosynthèse simultanée de la lignine avec des polysaccharides non cellulosiques. Un second axe de recherche novateur a été initié afin de valider l’incorporation métabolique d’un analogue de monolignol dans les tissus végétaux et sa détection à l’aide d’une sonde radicalaire par spectroscopie de résonance paramagnétique électronique. Cette nouvelle méthodologie pourra à terme fournir des informations sur la structure, la concentration et l’environnement de la sonde incorporée détectant spécifiquement la lignine de novo.

Étude expérimentale de la turbulence dans les zones à forts courants et de son impact sur les hydroliennes

/ Ikhennicheu Maria / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 18-10-2019
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Les eaux françaises présentent un fort potentiel pour des applications hydroliennes. Dans ces zones à forts courants, d'intenses fluctuations de vitesse sont observées dans la colonne d’eau. Elles proviennent essentiellement des variations bathymétriques du fond marin et peuvent avoir un fort impact sur la production d’énergie et la fatigue des turbines. Afin de comprendre la génération de structures tourbillonnaires dans le sillage d’obstacles et de constituer une base de données pour des études numériques, les conditions rencontrées dans le Raz-Blanchard sont reproduites expérimentalement, dans un bassin à houle et à courant, en similitude de Froude et avec un nombre de Reynolds aussi élevé que possible. Dans cette étude, les variations bathymétriques réelles sont représentées à l'aide d'éléments canoniques : un cube, un cylindre, un plan incliné ou des combinaisons des trois. On distingue alors les variations bathymétriques supérieures à la moyenne (obstacle unique) des cas de rugosités moyennes (combinaison d’obstacles). Afin de caractériser le sillage derrière ces obstacles et d'étudier l’évolution de la turbulence dans la colonne d’eau, des mesures PIV et LDV sont réalisées pour différents taux de turbulence de l'écoulement amont. Les résultats montrent que le cylindre seul produit le sillage le plus étendu. Dans ce cas, de larges structures tourbillonnaires, remontant jusqu’à la surface, sont identifiées. Le développement de méthodes de traitement et d'analyse des données permettent de détecter les centres tourbillonnaires et de déterminer les propriétés de ces tourbillons. L'impact du sillage du cylindre sur le fonctionnement d’une hydrolienne tri-pales à axe horizontal est ensuite étudié. Suivant le positionnement relatif de la turbine par rapport à l'obstacle, l'hydrolienne peut subir de grandes amplitudes de chargements liées aux fluctuations de vitesse engendrées par l'obstacle dans l'écoulement. La mesure des efforts sur les pales et du comportement dynamique de la machine permettent de quantifier ces variations de chargements. Elles dépendent des structures tourbillonnaires impactant la turbine et du cisaillement du profil de vitesse. Ces résultats pourront être exploités pour de futures analyses de fatigue de pales ou autres composantes des hydroliennes.

Conception et caractérisation de fibres optiques à modes à moment angulaire orbital

/ Tandjè Sourou Hugues Arsène / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université d'Abomey-Calavi (Bénin) / 15-10-2019
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Les fibres optiques (qu’elles soient à saut ou à gradient d'indice) sont largement utilisées pour les liaisons longue (intercontinentale, dorsale optique terrestre) et courte portée (centre de données, réseau d'accès). Certaines fibres, appelées fibres optiques de spécialité, jouent également un rôle important dans d'autres domaines telles que la médecine (endoscopie par exemple), les capteurs, les applications au laser, etc. La multiplication constante des services Internet combinée à la croissance du nombre d'utilisateurs rend nécessaire l'augmentation de la capacité actuelle des réseaux à fibres optiques. Les fibres aujourd’hui installées et utilisées pour les transmissions à très haut débit utilisent uniquement le mode fondamental (noté LP01, dans l'approximation de faible guidage) pour transmettre les informations : on parle de fibres optiques monomodes. Comme ils atteignent maintenant la limite non-linéaire de Shannon, une des idées pour augmenter la capacité des réseaux optiques consiste à mettre en œuvre le multiplexage spatial (SDM) et à utiliser simultanément différents modes dans une fibre dite légèrement multimode (supportant généralement quelques dizaines de modes) ou une fibre multi-cœurs. Depuis 2010, plusieurs études ont été développées dans ce sens, principalement sur les fibres supportant les modes LP (Linéairement Polarisés) et, plus récemment, les modes OAM (moment angulaire orbital), c’est-à-dire des modes à polarisation circulaire et à phase hélicoïdale. Dans ce dernier cas, les propriétés de phase et de polarisation sont supposées limiter le couplage entre les modes. Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation de fibres OAM présentant un couplage faible entre modes, pour une application au transport de données mais également pour une étude en photonique non-linéaire. Certaines des fibres étudiées sont des fibres à cœur annulaire fabriquées selon les méthodes de fabrication conventionnelles, présentant des rayons interne / externe et des indices d’anneau optimisés. Nous avons fabriqué de telles fibres à cœur annulaire toute solide dans le but de les appliquer pour une transmission MIMO simple en utilisant des modes OAM comme des canaux indépendants. Cependant, nous avons également conçu et fabriqué la première fibre à cristal photonique (PCF) avec un cœur annulaire quasi-circulaire, à faible perte par confinement et adaptée au guidage des modes OAM. Nous avons montré expérimentalement que les fibres fabriquées supportent les modes OAM et leurs matrices de transmission ont été mesurées. Nous avons également effectué des expérimentations préliminaires sur le décalage solitonique dans la fibre PCF supportant les modes OAM.

Influence of microstructure on the properties of composite materials reinforced with unidirectional fibers

/ Lakhal Lamyae / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 14-10-2019
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L’influence de la microstructure sur l’élasticité à l’échelle macroscopique de matériaux composites renforcés par des fibres alignées sans chevauchement est quantifiée par homogénéisation numérique (FEM). La fonction de paires (Rdf) s’est montrée comme étant la corrélation du second ordre la plus efficace pour décrire la répartition spatiale des fibres. Des échantillons numériques dont la Rdf est contrôlée ont été construits par recuit simulé et leurs propriétés effectives calculées. La condition de non-chevauchement entraine un pic de la Rdf pour des distances comprises entre 1 et 1,5 diamètre. Les coefficients d’élasticité augmentent avec le pic de la Rdf. Ces résultats ont conduit à établir de nouvelles bornes pour les systèmes de fibres parallèles en équilibre. Les microstructures correspondant aux bornes inférieures et supérieures sont respectivement une répartition des fibres de Percus-Yevick et une agglomération des fibres.

Relations, interactions et fonctions des protéines alternatives

/ Cardon Tristan / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-10-2019
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Si en transcriptomique le dogme accepté par la communauté veut qu’un ARNm code pour une protéine unique, la protéomique vient de montrer l’inverse. Force de constater que les ARNm peuvent traduire plusieurs protéines. Celles ne suivant pas le cadre de référence sont appelées protéines alternatives (AltProts) et forme le protéome caché ou fantôme. Ces AltProts nécessitent la mise en place de stratégies adaptées pour leur mise en évidence. Leurs caractéristiques physicochimiques spécifiques, telles que leur petite taille permet d’adapter les méthodes classiques de protéomique à leur étude. Dans cet objectif la mise en évidence des AltProts par différentes méthodes d’extraction, notamment adaptées des méthodes de peptidomique, a permis de mettre en évidence les conditions d’enrichissement avant une analyse bottom-up. Ces AltProts sont une nouvelle classe de protéines pour laquelle très peu d’informations fonctionnelle sont connues. Les prédictions de fonction avancées lors des premières constructions de base de données, annonçaient des fonctions dans la régulation des ARN, de la synthèse de protéines et de la régulation d’expression des gènes par association avec des facteurs de transcriptions. Ces prédictions étaient basées sur les homologies de séquences entre les AltProts et les protéines de références (RefProts). Cependant très peu d’études montrent le rôle de ces protéines de manière expérimentale. Afin de mettre en évidence les fonctions de ces AltProts, nous avons choisi de retrouver leurs partenaires d’interaction. À l’heure actuelle, plusieurs méthodes existent permettant d’étudier l’interactome des protéines, toutefois la majorité est dirigée vers une cible, nécessitant parfois des constructions biochimiques ou l’utilisation d’anticorps dirigés, rendant ces méthodes difficiles à mettre en place pour les AltProts. Seule la méthode de Crosslink couplée à la spectrométrie de masse (XL-MS) permet d’observer des interactions cellulaires de manière non ciblée. Cette méthode de pontage chimique, bien que connaissant ses propres limitations, est applicable à la recherche des partenaires d’interaction des AltProts. Cet outil, associé aux logiciels de traitement des réseaux d’interaction, enrichi par les interactions connues entre RefProts dans la littérature, permet de replacer les AltProts dans ces réseaux. Ces réseaux, peuvent ensuite être traités afin de mettre en évidence les voies de signalisation impliquant les RefProts et ainsi déduire les différentes voies de signalisation associées aux AltProts observées crosslinkées aux RefProts.

Ingénierie de substrat par micro-usinage laser pour l’amélioration des performances de composants et fonctions RF intégrées en technologie SOI-CMOS

/ Bhaskar Arun / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 07-10-2019
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Dans l'industrie des semi-conducteurs, l'approche More-than-Moore constitue un facteur clé pour améliorer les performances du système, l'intégration et la diversification des applications. Dans le domaine des systèmes RF/hyperfréquences, il est essentiel de développer des fonctionnalités optimisées pour diverses exigences comme la linéarité, les pertes, la sensibilité, etc. Bien que la technologie silicium-sur-isolant (SOI) offre des solutions concurrentielles pour le marché des radiofréquences et des hyperfréquences, il a été démontré dans des études antérieures que l'ingénierie des substrats SOI permet d'améliorer encore les performances. Dans ce contexte, l'objet spécifique de ce travail de thèse a été d'étudier le traitement des substrats porteurs de tranches SOI (Silicium-sur-Isolant). L'objectif a consisté à enlever le substrat de silicium sous la zone active des fonctions RF pour obtenir des membranes SOI menant à des pertes RF réduites et une amélioration de la linéarité. Nous avons donc développé le procédé de micro-usinage et de gravure assistée par laser femtoseconde FLAME (Femtosecond Laser Assisted Micromachining and Etch) pour suspendre en membrane les fonctions RF intégrées sur un substrat SOI. Un taux d'ablation spécifique élevé de 8,5 x 106 µm3 s-1 a été obtenu pour produire des membranes dont la surface varie de quelques centaines de µm2 à plusieurs mm2. La caractérisation RF a été réalisée sur différentes fonctions RF suspendues : commutateurs, inductances et amplificateurs à faible bruit (LNA). Une comparaison avec des substrats SOI à haute résistivité montre des performances supérieures pour les fonctions RF intégrées en membranes. Pour le commutateur, les mesures de distorsion harmonique ont montré une amélioration de 23 dB et 6 dB des secondes et troisièmes harmoniques, respectivement. Des mesures en régime petit signal d'inductance sur membranes ont révélé un quasi-doublement du facteur de qualité Q jusqu'à 3,2 nH. L'élimination du substrat de l'inductance d'adaptation d'entrée des LNA entraine une réduction du facteur de bruit de ~0,1 dB. Ces résultats mettent en évidence le potentiel important que constitue l’ingénierie des substrats pour l'amélioration des performances RF des technologies CMOS. De plus, pour les besoins d'analyse en boucle courte, la méthode FLAME permet de quantifier très rapidement l'influence du substrat sur les pertes et la linéarité sans avoir recours à des techniques d’élimination complète. Un autre avantage distinctif de cette méthode est la possibilité de quantifier l'effet du substrat sur un circuit complet en suspendant un composant spécifique sans affecter les autres. Les méthodes de fabrication développées sont également applicables aux capteurs en technologie SOI, ce qui apporte une valeur ajoutée globale en ligne avec le paradigme More-than-Moore.

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