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Carbon/carbon composites are produced industrially for various applications: ultra-high temperature components for space propulsion, protections thermiques pour la rentrée atmosphérique, thermal protection for atmospheric re-entry, brakes for civil aviation, tools for heavy industry, ... They are part of so-called "thermo-structural" composites that maintain their structural integrity at very high temperatures (2500 K). They are obtained from a fibrous carbon fiber preform that will be densified by an addition of carbon matrix. This matrix is usually supplied either by liquid route (by impregnation of the preform) or by gas route (by Chemical Infiltration in Vapour Phase).As part of their production by gas route, two types of properties determine the success of the process: thermal and gaseous species transport properties. The impact of fibre arrangement on these properties is very important, and that is what the proposed work is about. The objective is to provide to the engineer process optimization options based on the detailed knowledge of the transport phenomena within the fibrous medium during its progressive filling by a matrix.Fibrous preforms of C/C composites infiltrated to varying degrees by a carbon matrix are experimentally studied and, in parallel, have been computed and digitized. The gas permeability at variable pressure, including the effect of transport in rarefied (or "slippery") regime, was determined experimentally and compared with image-based calculations, with very good agreement; correlations between viscous transport, rarefied transport, and continuous gas diffusion were obtained. The thermal diffusivity of the constituents (fibre, matrix) and composites was determined experimentally at various temperatures. Thus, a complete set of transfer properties dependent on temperature, pressure and porosity rate could be obtained. They were used in a simple modelling of chemical infiltration with temperature gradient (TG-CVI) to produce process optimization tracks in terms of homogeneity of infiltration.; Les composites carbone/carbone sont produits industriellement pour diverses applications : composants ultra-haute température pour la propulsion spatiale, protections thermiques pour la rentrée atmosphérique, freins pour l'aéronautique civile, outillages pour l'industrie lourde, ... Ils font partie des composites dits "thermo-structuraux" qui maintiennent leur intégrité structurale à très haute température (2500 K). Ils sont obtenus à partir d’une préforme fibreuse en fibres de carbone qui va être densifiée par un ajout de matrice carbonée. Cette matrice est généralement apportée soit par voie liquide (par imprégnation de la préforme) soit par voie gaz (par Infiltration Chimique en Phase Vapeur).Dans le cadre de leur fabrication par voie gaz, deux types de propriétés viennent conditionner la réussite du procédé : les propriétés de transport thermique et de transport d'espèces gazeuses. L'impact de l'arrangement des fibres sur ces propriétés est très important, et c'est ce qui fait l'objet du travail proposé. L'objectif est de fournir à l'ingénieur des pistes d'optimisation de procédés sur la base de la connaissance fine des phénomènes de transport au sein du milieu fibreux lors de son remplissage progressif par une matrice.Des préformes fibreuses de composites C/C infiltrées à divers degrés par une matrice carbonée sont étudiées expérimentalement et, en parallèle, ont été tomographiées et numérisées. La perméabilité aux gaz à pression variable, comprenant l'effet du transport en régime raréfié (ou "glissant") a été déterminée expérimentalement et comparée à des calculs basés image, avec un très bon accord ; des corrélations entre le transport visqueux, le transport raréfié, et la diffusion de gaz en régime continu ont été obtenues. La diffusivité thermique des constituants (fibre, matrice) et des composites a été déterminée expérimentalement à diverses températures. Ainsi, un jeu complet de propriétés de transfert dépendantes de la température, de la pression et du taux de porosité a pu être obtenu. Elles ont été utilisées dans une modélisation simple d'infiltration chimique avec gradient de température (TG-CVI) pour produire des pistes d'optimisation du procédé en termes d'homogénéité de l'infiltration.

Noble metal nanoparticles (NPs) are the site of a surface plasmon resonance phenomenon resulting from the collective oscillation of their conduction electrons under the effect of an electromagnetic wave. In the case of gold and silver NPs, the resonant frequency is in the visible range, which gives these plasmonic NPs unique optical properties. In particular, the position and intensity of the plasmon resonance depend on their size, shape (aspect ratio) and the index of the host medium. The possible applications require pure samples and mono-dispersed distribution. The chemical synthesis of NPs allows the shape and size of NPs to be controlled. However, it requires the use of stabilizing agents, which lead to surface contamination by synthetic residues. To limit this disadvantage, the physical technique of laser ablation in a liquid medium is a promising alternative, which, however, suffers from a lack of control over the shape and size of the NPs produced. The shape and size of NPs produced by liquid laser ablation (ALML) are closely related to the three essential steps of the process: Target / laser interaction; Mass transport; Laser / NPs interaction suspended in the liquid. In order to understand the mechanisms governing each of these stages, it is necessary to study them separately. In this work, we focused on the mechanisms of interaction between the laser beam and the NPs suspended in the liquid. Depending on the energy density absorbed by the suspended NPs, they undergo fragmentation or remodeling. We then studied the mechanisms behind the phenomenon of fragmentation. The evolution of the shape distribution of NPs during NP fragmentation was studied by developing an original and quantitative technique of in-situ optical spectroscopy. And, the evolution of the volume fraction of NPs during their preparation by ALML by in-situ optical spectroscopy is obtained and analyzed. In parallel with the experimental work, we have developed theoretical models for understanding the mechanisms of formation of metallic nanoparticles by laser ablation in a liquid medium. A modest study on the modeling of optical and thermal properties of the Laser-Nanoparticle interaction is discussed in this thesis., Spécialité doctorale "Physique de la matière condensée" présentée par MANSOUR Yehia Soutenue le le 16 Décembre 2020 Études théorique et expérimentale de la formation des nanoparticules métalliques par ablation laser en milieu liquide. Modélisations des propriétés optiques et thermiques de l'interaction Laser-Nanoparticules.Les nanoparticules (NPs) de métaux nobles sont le siège d’un phénomène de résonance plasmon de surface résultant de l’oscillation collective de leurs électrons de conduction sous l’effet d’une onde électromagnétique. Dans le cas de NPs d’or et l’argent, la fréquence de résonance est située dans visible ce qui confère à ces NPs plasmoniques des propriétés optiques uniques. En particulier, la position et l’intensité de la bande de résonance plasmon peuvent varier en fonction de leur taille, leur forme (rapport d'aspect) et de l'indice du milieu hôte. Les possibilités d’applications nécessitent des échantillons purs et de distribution mono disperse. La synthèse des NPs par voie chimique permet de contrôler dans une certaine mesure la forme et la taille des NPs. Elle nécessite cependant l’utilisation d’agents stabilisants qui mènent à une contamination de surface par les résidus de synthèse. Pour limiter cet inconvénient, la technique physique d’ablation laser en milieu liquide est une alternative prometteuse qui souffre cependant d’un manque de contrôle de la forme et de la taille des NPs produites. La forme et la taille des NPs élaborées par ablation laser en milieu liquide (ALML) sont étroitement liées aux trois étapes essentielles du processus : Interaction cible/laser ; Transport de masse ; Interaction laser/NPs en suspension dans le liquide. Afin d’appréhender les mécanismes régissant chacune de ces étapes, il est nécessaire de les étudier séparément. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur les mécanismes d’interaction entre le faisceau laser et les NPs en suspension dans le liquide. Suivant la densité d’énergie absorbée par les NPs en suspension, celles-ci subissent la fragmentation ou le remodelage. Par la suite nous avons étudié les mécanismes à l’origine du phénomène de la fragmentation. L’évolution de la distribution de forme des NPs lors de la fragmentation des NPs a été étudiée en développant une technique originale et quantitative de spectroscopie optique in-situ. De même, l’évolution de la fraction volumique des NPs au cours de leur élaboration par ALML par spectroscopie optique in-situ est obtenue et analysée. En parallèle aux travaux expérimentaux, nous avons développé des modèles théoriques pour la compréhension des mécanismes de formation des nanoparticules métalliques par ablation laser en un milieu liquide. Une autre étude approfondie sur la modélisation des propriétés optiques et thermiques de l'interaction Laser-Nanoparticules est discutée dans cette thèse. Un modèle thermique de Takami modifié nommé MTM (Modified Takami Model) a été également introduit. Son utilité importante a été démontrée pour l’interprétation des mécanismes de l’interaction laser-NPs.

A treatment wetland (TW) system represents a promising solution for wastewater treatment for small-scale communities and allows meeting the discharge criteria in many countries with a temperate or tropical climate. In Quebec province (Canada), almost 49% of municipalities are small-scale communities (< 1000 people-equivalent (PE)) with nonexistent or partial equipment of sewage facilities. This situation demonstrates a serious need of alternative solutions of wastewater treatment. However, the most interesting systems as a vertical flow TW can’t be used as such in cold climate, and so need to be adapted. Therefore this manuscript proposes an innovative study allowing an implementation of a TW solution appropriate to specific features of a cold continental climate. In this thesis research the compact version of a vertical flow TWs was studied through three principal axes: 1) a study focused on an overall functioning taken in account a treatment performances, 2) a thermal properties study focused on a winter-period and 3) a study of woody species using on TWs. This research validates a proposed TW design forcold climate application highlighting a high level of treatment performances as well as a great frost resistance of filtering bed. It was confirmed that woody species is an appropriate solution for this kind of treatment system.; Le système de filtres plantés (FP) représente une solution alternative pour le traitement des eaux usées domestiques des petites communes et permet de respecter les normes de rejet dans de nombreux pays aux climats tempérés ou tropicaux. Dans la province de Québec (Canada), environ 49% des municipalités ont une taille inférieure à 1000 équivalent-habitants (EH) et sont partiellement ou pas équipées d'installation d'assainissement, ce qui met en évidence un besoin important. Toutefois, les dispositifs les plus intéressants de type filtres plantés à flux vertical ne peuvent pas être utilisés comme tel en climat froid et nécessitent des adaptations. Ce manuscrit propose donc l'étude d'innovations permettant de mettre en œuvre une solution de filtres plantés adaptés aux particularités du climat continental froid. Dans ce travail de thèse, la mise en œuvre d'un système à filtre planté vertical compact a été étudiée selon trois axes : 1) étude du fonctionnement général et des performances épuratoires, 2) suivi des propriétés thermiques durant la période hivernale et 3) étude sur le choix et l'utilisation d’espèces ligneuses. Ce travail de thèse a validé la filière de FP proposé pour l’application en climat froid en mettant en évidence le haut niveau de performances épuratoire ainsi qu’une forte résistance du lit filtrant aux conditions de gel. Les espèces ligneuses sont une solution appropriée pour ce type de système de traitement.

A treatment wetland (TW) system represents a promising solution for wastewater treatment for small-scale communities and allows meeting the discharge criteria in many countries with a temperate or tropical climate. In Quebec province (Canada), almost 49% of municipalities are small-scale communities (< 1000 people-equivalent (PE)) with nonexistent or partial equipment of sewage facilities. This situation demonstrates a serious need of alternative solutions of wastewater treatment. However, the most interesting systems as a vertical flow TW can’t be used as such in cold climate, and so need to be adapted. Therefore this manuscript proposes an innovative study allowing an implementation of a TW solution appropriate to specific features of a cold continental climate. In this thesis research the compact version of a vertical flow TWs was studied through three principal axes: 1) a study focused on an overall functioning taken in account a treatment performances, 2) a thermal properties study focused on a winter-period and 3) a study of woody species using on TWs. This research validates a proposed TW design forcold climate application highlighting a high level of treatment performances as well as a great frost resistance of filtering bed. It was confirmed that woody species is an appropriate solution for this kind of treatment system.; Le système de filtres plantés (FP) représente une solution alternative pour le traitement des eaux usées domestiques des petites communes et permet de respecter les normes de rejet dans de nombreux pays aux climats tempérés ou tropicaux. Dans la province de Québec (Canada), environ 49% des municipalités ont une taille inférieure à 1000 équivalent-habitants (EH) et sont partiellement ou pas équipées d'installation d'assainissement, ce qui met en évidence un besoin important. Toutefois, les dispositifs les plus intéressants de type filtres plantés à flux vertical ne peuvent pas être utilisés comme tel en climat froid et nécessitent des adaptations. Ce manuscrit propose donc l'étude d'innovations permettant de mettre en œuvre une solution de filtres plantés adaptés aux particularités du climat continental froid. Dans ce travail de thèse, la mise en œuvre d'un système à filtre planté vertical compact a été étudiée selon trois axes : 1) étude du fonctionnement général et des performances épuratoires, 2) suivi des propriétés thermiques durant la période hivernale et 3) étude sur le choix et l'utilisation d’espèces ligneuses. Ce travail de thèse a validé la filière de FP proposé pour l’application en climat froid en mettant en évidence le haut niveau de performances épuratoire ainsi qu’une forte résistance du lit filtrant aux conditions de gel. Les espèces ligneuses sont une solution appropriée pour ce type de système de traitement.

The electric arc process or the quasi-thermal plasma is one of the most used to produce nanomaterials. The study of the physicochemical phenomena underlaying arcs can be achieved by means of collisional-radiative models to thoroughly describe the chemical composition with the use of the particles number conservation law in the plasma. This method allows a straightforward calculation of thermal properties. These models provide a realistic description of the arc-induced chemistry and allow better understanding of the deviations from local thermodynamic equilibrium. It is in this context that the present work is clearly situated, relating to develop multi-temperature numerical tools able to predict, the chemical composition of Ar-He-N2 mixtures in the presence of carbon, nickel and yttrium removal from electrodes, experimentally used for carbon nanotubes synthesis, and determine the radiative proprieties such as the emission spectra of the C2 Swan and the CN Violet systems frequently observed in nitrogen and carbon containing mixtures and useful for arc characterization and diagnostics : the determination of the rotational and the vibrational temperatures.; Le procédé de synthèse par arc électrique ou plasma quasi-thermique est l'un des plus usités pour la production de nanomatériaux. L'étude des phénomènes physico-chimiques sous-jacents peut être réalisée au moyen de modèles collisionnels-radiatifs, pour décrire plus finement la composition chimique en s'appuyant sur les lois de conservation du nombre de particules dans le plasma, et accéder ensuite aux propriétés thermiques. Ces modèles fournissent une description réaliste de la chimie induite par les arcs et permettent de prendre en compte les éventuels écarts à l'équilibre thermodynamique local. C'est dans ce contexte que se situe ce travail, relatif au développement des outils numériques multi-températures pour, prédire la composition chimique du mélange Ar-He-N2 en présence de carbone, nickel et yttrium provenant de l'ablation des électrodes, employé expérimentalement pour la synthèse de nanoparticules de carbone, et élaborer une base de données spectroscopiques permettant de décrire les phénomènes radiatifs dans des mélanges composés de l'azote et du carbone, notamment la détermination des spectres en émission des deux systèmes C2 Swan et CN Violet fréquemment observés et utiles pour la caractérisation et le diagnostic des arcs : détermination des températures de rotation et de vibration.

This thesis aims on the one hand to understand the physical changes generated in the internal structure of a biopolymer material submitted to high-pressure hydrotreatments and on the other hand to the modelling of coupled heat and mass transfers. In this work, standard maize starch was chosen as a model material and four processes were investigated; DV-HMT (Direct Vapor-Heat Moisture Treatment), RP-HMT (Reduced Pressurized-HMT), IV-HMT (Intensive Vacuum-HMT) et FV-HMT (Final Vacuum-HMT). As the progression of biochemical reactions is strongly affected by the temperature and water content that alter the physical and thermophysical properties of the reactive material, their prediction is very important. The analysis of phase transitions and structure, related to the involved phenomena (cristallites fusion, formation of amylose-lipids complexes, retrogradation) was performed by calorimetry, X-ray diffraction and by FTIR spectroscopy. The transfers modelling has been advanced by an experimental and theoretical approaches. In the experimental approach, the physical (apparent density, bulk density and porosity) and thermophysical properties (specific heat, conductivity ant thermal diffusivity) were measured by considering the variation of W, T and the crystallites fusion phenomenon. Empirical models expressing these properties have been determined and the values implemented in the transfer equations. In the theoretical approach, the coupled equations of the transfer model were discretised by the finite element method and resolved by COMSOL Multiphysics®. The numerical resolution allowed the prediction of the spatial repartition of variable parameters (T, W, ξ, λ, Cp,...) according to treatment time. The curves of ξ numerically simulated by COMSOL® go through all experimental values, thus validating the theoretical models.; Cette thèse vise d’une part à la compréhension des modifications physicochimiques engendrées dans la structure interne d’un matériau biopolymère lors des hydrotraitements par haute pression et d’autre part à la modélisation des transferts couplés chaleur-humidité. L’amidon de maïs standard a été choisi comme matériau modèle. Quatre procédés hydrothermiques ont été étudiés; DV-HMT (Direct Vapor-Heat Moisture Treatment), RP-HMT (Reduced Pressurized-HMT), IV-HMT (Intensive Vacuum-HMT) et FV-HMT (Final Vacuum-HMT). La prédiction de l’évolution de la température (T) et de la teneur en eau (W) au sein d’un matériau réactif est importante, vu que ces facteurs conditionnent la progression des réactions biochimiques et modifient les propriétés physiques et thermophysiques. L’analyse des transitions de phase et de la structure, liées aux principaux phénomènes impliqués (fusion des cristallites, formation des complexes amylose-lipides, rétrogradation) a été réalisée par calorimétrie, diffraction des rayons X et par spectroscopie (FTIR). La modélisation des transferts dans le matériau a été abordée par une approche expérimentale et théorique. Dans l’approche expérimentale, les paramètres physiques (masse volumique apparente, masse volumique réelle et porosité) et thermophysiques (chaleur spécifique, conductivité et diffusivité thermique) ont été mesurés, tenant compte de la variation de W, de T et de la fusion des cristallites. Des modèles empiriques traduisant ces propriétés ont été déterminés et les valeurs implémentées dans les équations de transfert. Dans l’approche théorique, les équations couplées du modèle de transfert ont été discrétisées par éléments finis et résolues par COMSOL Multiphysics®. La résolution numérique des équations a permis de prédire la répartition spatiale des paramètres variables (T, W, ξ, λ, Cp,…) en fonction du temps de traitement. Les courbes de ξ simulées numériquement par COMSOL® passent par toutes les valeurs expérimentales, validant ainsi les modèles théoriques.

This thesis aims on the one hand to understand the physical changes generated in the internal structure of a biopolymer material submitted to high-pressure hydrotreatments and on the other hand to the modelling of coupled heat and mass transfers. In this work, standard maize starch was chosen as a model material and four processes were investigated; DV-HMT (Direct Vapor-Heat Moisture Treatment), RP-HMT (Reduced Pressurized-HMT), IV-HMT (Intensive Vacuum-HMT) et FV-HMT (Final Vacuum-HMT). As the progression of biochemical reactions is strongly affected by the temperature and water content that alter the physical and thermophysical properties of the reactive material, their prediction is very important. The analysis of phase transitions and structure, related to the involved phenomena (cristallites fusion, formation of amylose-lipids complexes, retrogradation) was performed by calorimetry, X-ray diffraction and by FTIR spectroscopy. The transfers modelling has been advanced by an experimental and theoretical approaches. In the experimental approach, the physical (apparent density, bulk density and porosity) and thermophysical properties (specific heat, conductivity ant thermal diffusivity) were measured by considering the variation of W, T and the crystallites fusion phenomenon. Empirical models expressing these properties have been determined and the values implemented in the transfer equations. In the theoretical approach, the coupled equations of the transfer model were discretised by the finite element method and resolved by COMSOL Multiphysics®. The numerical resolution allowed the prediction of the spatial repartition of variable parameters (T, W, ξ, λ, Cp,...) according to treatment time. The curves of ξ numerically simulated by COMSOL® go through all experimental values, thus validating the theoretical models., Cette thèse vise d’une part à la compréhension des modifications physicochimiques engendrées dans la structure interne d’un matériau biopolymère lors des hydrotraitements par haute pression et d’autre part à la modélisation des transferts couplés chaleur-humidité. L’amidon de maïs standard a été choisi comme matériau modèle. Quatre procédés hydrothermiques ont été étudiés; DV-HMT (Direct Vapor-Heat Moisture Treatment), RP-HMT (Reduced Pressurized-HMT), IV-HMT (Intensive Vacuum-HMT) et FV-HMT (Final Vacuum-HMT). La prédiction de l’évolution de la température (T) et de la teneur en eau (W) au sein d’un matériau réactif est importante, vu que ces facteurs conditionnent la progression des réactions biochimiques et modifient les propriétés physiques et thermophysiques. L’analyse des transitions de phase et de la structure, liées aux principaux phénomènes impliqués (fusion des cristallites, formation des complexes amylose-lipides, rétrogradation) a été réalisée par calorimétrie, diffraction des rayons X et par spectroscopie (FTIR). La modélisation des transferts dans le matériau a été abordée par une approche expérimentale et théorique. Dans l’approche expérimentale, les paramètres physiques (masse volumique apparente, masse volumique réelle et porosité) et thermophysiques (chaleur spécifique, conductivité et diffusivité thermique) ont été mesurés, tenant compte de la variation de W, de T et de la fusion des cristallites. Des modèles empiriques traduisant ces propriétés ont été déterminés et les valeurs implémentées dans les équations de transfert. Dans l’approche théorique, les équations couplées du modèle de transfert ont été discrétisées par éléments finis et résolues par COMSOL Multiphysics®. La résolution numérique des équations a permis de prédire la répartition spatiale des paramètres variables (T, W, ξ, λ, Cp,…) en fonction du temps de traitement. Les courbes de ξ simulées numériquement par COMSOL® passent par toutes les valeurs expérimentales, validant ainsi les modèles théoriques.

Gene therapy is probably one of the most ambitious approaches in human history that aims to eliminate diseases, often those completely resistant to other treatments. However, this approach requires further development in order to obtain better control over the process of drug delivery and reduce costs. For this purpose, this project has focused on delivery of oligonucleotides using gold nanorods (GNRs). Such nanoparticles, (40 mm in length and 10 nm in diameter) can be internalized by cells and their extraordinary physical properties allow the delivery of drugs to the cytoplasm of cells in a controlled manner. Indeed, their strong absorption in the near-infrared part of the electromagnetic spectrum allows conversion of the energy of light into heat around the nanorods without affecting the cells. The advantage of absorption in the infrared is that at this wavelength the light can penetrate human tissues (3 cm). Control of the temperature around the nanoparticles allows the release of oligonucleotides by simple denaturation of the duplex at a given time.Obtaining nanoparticles that can be considered as a "cargo ship" implies fulfilling the following conditions: stability of the colloidal form in a complex medium, preservation of the physical and chemical properties once administered and the ability to immobilize and release the drug in a controlled manner.The first step of my project was to establish a nanorods synthesis protocol in order to obtain a monodisperse colloidal solution whose longitudinal absorption band is in the near infrared. The next step was to optimize the functionalisation protocol of the surface of the GNRs. The challenge here is associated with the aggregation of GNRs when the surfactant (CTAB) needed to maintain the GNRs in solution is replaced by biomolecules (oligonucleotides). However, after a systematic and detailed study, the destabilisation of the surfactant protective layer on the metal surface and the addition of oligonucleotides having a thiol function at one of the two extremities in a suitable ratio allowed an efficient bio-functionalisation of the nanoparticles. As a consequence, the functionalised nanoparticles, after redispersion in solution, possess the necessary physicochemical properties. In addition, the immobilisation of oligonucleotides on the surface of the nanoparticles is specific (via the thiol-Au bond) and allows their transfer into buffered solutions or in complex media without affecting their stability. After hybridisation between the single strand immobilized on the surface of the nanorods and the complementary strand, I demonstrated that the oligonucleotides were stable and that the number of double strands that are formed by hybridization can be controlled. The analysis of the properties of nanomaterials was the next important part of the work, as it is of crucial importance for the controlled delivery of drugs. I decided to apply only optical methods covering nanorods absorption and fluorescence analysis of labeled oligonucleotides and TEM images.In summary, during the project it was possible to establish a new functionalization approach and create a protocol for efficient characterization, focused on oligonucleotides. We expect that these observations will aid further research in the field of gene delivery based on gold nanoparticles., La thérapie génique est probablement une des approches la plus ambitieuse de l'histoire de l'humanité pour éliminer des maladies résistantes à tout autre traitement. Cependant, c'est une approche qui doit encore être développée afin d'obtenir un meilleur contrôle du processus de délivrance des médicaments et aussi de réduire les coûts. À cette fin, ce projet de thèse est axé sur l’optimisation et le contrôle de la délivrance d’oligonucléotides basée sur l'utilisation de nanobâtonnets d'or (Gold NanoRods, GNRs). De telles nanoparticules (40 nm de long et 10 nm de diamètre) sont internalisées par les cellules et grâce à leurs propriétés physiques extraordinaires permettent de délivrer les médicaments dans le cytoplasme de manière contrôlée. En effet, leur absorption très élevée dans le proche infrarouge du spectre électromagnétique permet de convertir l’énergie lumineuse en chaleur à l’intérieur et autour des nanobâtonnets, sans affecter la cellule. L’avantage d’une absorption dans l’infrarouge est qu’à cette longueur d’onde la lumière pénètre profondément dans les tissus humains (3 cm). Le contrôle de la température autour des nanoparticules permet la libération d'oligonucléotides par simple dénaturation du duplex à un instant donné.L’obtention de nanoparticules pouvant être considérées comme un « cargo » implique de remplir les conditions suivantes : stabilité de la forme colloïdale en milieu complexe, conservation des propriétés physiques et chimiques une fois administrées et possibilité d’immobiliser et de libérer le médicament de manière contrôlée.La première étape de mon projet a consisté à établir un protocole de synthèse de nanobâtonnets d’or afin d’obtenir une solution colloïdale mono-disperse et dont la bande d’absorption de plasmon longitudinal soit dans le proche infrarouge. L'étape suivante était d’optimiser un protocole de fonctionnalisation de la surface des GNRs. Le défi ici est associé à l'agrégation des GNRs lorsque le surfactant (CTAB) nécessaire au maintien des GNRs en solution est remplacé par des biomolécules (oligonucléotides). Cependant, après une étude systématique et détaillée, la déstabilisation de la couche protectrice de surfactant sur la surface métallique et l’ajout d’oligonucléotides ayant une fonction thiol à une des deux extrémités dans un rapport approprié ont permis une bio-fonctionnalisation efficace des nanobâtonnets. En conséquence, les nanoparticules fonctionnalisées, après redispersion dans la solution, ont les propriétés physico-chimiques nécessaires. En outre, l’immobilisation des oligonucléotides sur la surface des nanoparticules est spécifique (via la liaison thiol-Au) et permet leur transfert dans des solutions tamponnées ou dans des milieux complexes sans affecter leur stabilité. Après hybridation entre le simple brin immobilisé sur la surface des nanobâtonnets et le brin complémentaire, j’ai démontré que les oligonucléotides étaient stables et que le nombre de doubles brins qui se forment par hybridation peut être contrôlé. L’analyse des propriétés des nanomatériaux a constitué la seconde étape clé de mon travail, car elle revêt une importance cruciale pour la délivrance contrôlée de médicaments. J'ai décidé d'appliquer des méthodes uniquement optiques couvrant l'absorption des nanobâtonnets et l'analyse de la fluorescence des oligonucléotides marqués et des images TEM.Au cours du projet, il a donc été possible d’établir une nouvelle approche de fonctionnalisation et de créer un protocole de caractérisation efficace, axé sur les oligonucléotides.

This thesis work deals with the characterization of the electrocaloric effect in solid and liquid crystal ferroelectric materials. Following the 2006 discovery of Mischenko and al., the characterization techniques of the electrocaloric effect and the exploration of new caloric materials have attracted much attention. This discovery showed also that electrocaloric materials can be used for efficient innovative solution for refrigeration devices. This PhD dissertation focuses on the development of new techniques used to evaluate the electrocaloric effect by the photopyroelectric technique and by calorimetry. Few years ago, a new particular configuration based on the photopyroelectric technique, developed in our laboratory, was described for measuring thermal parameters of pyroelectric materials themselves. By means of this technique, we indirectly investigate the electrocaloric effect in ferroelectric materials by measuring the ratio of the pyroelectric coefficient to the volumetric heat capacity, as function of temperature and applied field, using Maxwell's relation. Measurements were carried out on ferroelectric solid materials (TriGlycine Sulfate) and liquid crystals. Electrocaloric effect has been evaluated around the phase transition temperature of each sample. To further validate the accuracy to the evaluated adiabatic temperature changes, we proceeded to indirect measurements by using the polarization reversal current technique. In the present work, we also developed a calorimeter in order to directly evaluate the electrocaloric effect. This technique is mainly used to measure with high resolution the heat capacity and enthalpy near phase transition temperature. In addition, this technique allows us to directly measure the temperature and the amount of heat absorbed or transferred from the material to the surrounding environment. A primary study of the electrocaloric effect was carried out on a multilayer material based on barium titanate. The results obtained by this approach have been then compared to conventional direct and indirect measurements. Those two new approaches give access to the measurement of both thermal and pyroelectric properties allowing the evaluation of the electrocaloric effect.; Ce mémoire de thèse porte sur la caractérisation de l'effet électrocalorique des matériaux ferroélectriques solides et cristaux liquides. La découverte récente d'un effet électrocalorique qualifié de "géant" a relancé l'intérêt pour l'étude et la caractérisation des propriétés électrocaloriques des matériaux. Au-delà de la recherche des matériaux performants, ce domaine de recherche concerne également le développement des techniques de caractérisations appropriées et la réalisation des prototypes de réfrigération électrocalorique. Dans ce contexte, notre étude se focalise sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation, la méthode photopyroélectrique (indirecte) et la calorimétrie (directe). La technique photopyroélectrique, développée au sein du laboratoire a été utilisée pour la détermination des propriétés thermiques du matériau pyroélectrique lui-même. L'exploitation de cette technique nous a permis également de déterminer les propriétés pyroélectriques du matériau, en particulier le rapport entre le coefficient pyroélectrique et la capacité calorifique, en fonction de la température et du champ électrique appliqué, nécessaire pour une évaluation indirecte de l'effet électrocalorique. Plusieurs matériaux ferroélectriques solides et liquides ont été étudiés à l'aide de cette méthode, en particulier, un monocristal de TriGlycine Sulfate et deux cristaux liquides. L'effet électrocalorique a été évalué autour de la température de transition de phase que présentent chacun de ces matériaux. Pour valider les résultats obtenus, nous avons procédé à des mesures indirectes de la polarisation par la méthode usuelle du courant de dépolarisation. Dans ce travail, nous avons également développé une technique de mesure indirecte de l'effet électrocalorique, par mesure calorimétrique, à l'aide d'un nouveau dispositif. Outre l'étude des transitions de phase et de la capacité calorifique, cet instrument permet une mesure directe de la température et de la quantité de chaleur absorbée ou cédée avec le milieu environnant. Une première étude de l'effet électrocalorique a été réalisée sur un matériau multicouche à base de titanate de baryum. Les résultats obtenus par cette approche ont été ensuite comparés à d'autres techniques directes et indirectes existantes dans la littérature. Ces deux nouvelles approches permettent d'élargir les possibilités d'étude de futurs matériaux électrocaloriques et de mesurer à la fois les propriétés thermiques et pyroélectriques nécessaires pour l'étude de l'effet électrocalorique.

This thesis work deals with the characterization of the electrocaloric effect in solid and liquid crystal ferroelectric materials. Following the 2006 discovery of Mischenko and al., the characterization techniques of the electrocaloric effect and the exploration of new caloric materials have attracted much attention. This discovery showed also that electrocaloric materials can be used for efficient innovative solution for refrigeration devices. This PhD dissertation focuses on the development of new techniques used to evaluate the electrocaloric effect by the photopyroelectric technique and by calorimetry. Few years ago, a new particular configuration based on the photopyroelectric technique, developed in our laboratory, was described for measuring thermal parameters of pyroelectric materials themselves. By means of this technique, we indirectly investigate the electrocaloric effect in ferroelectric materials by measuring the ratio of the pyroelectric coefficient to the volumetric heat capacity, as function of temperature and applied field, using Maxwell's relation. Measurements were carried out on ferroelectric solid materials (TriGlycine Sulfate) and liquid crystals. Electrocaloric effect has been evaluated around the phase transition temperature of each sample. To further validate the accuracy to the evaluated adiabatic temperature changes, we proceeded to indirect measurements by using the polarization reversal current technique. In the present work, we also developed a calorimeter in order to directly evaluate the electrocaloric effect. This technique is mainly used to measure with high resolution the heat capacity and enthalpy near phase transition temperature. In addition, this technique allows us to directly measure the temperature and the amount of heat absorbed or transferred from the material to the surrounding environment. A primary study of the electrocaloric effect was carried out on a multilayer material based on barium titanate. The results obtained by this approach have been then compared to conventional direct and indirect measurements. Those two new approaches give access to the measurement of both thermal and pyroelectric properties allowing the evaluation of the electrocaloric effect., Ce mémoire de thèse porte sur la caractérisation de l'effet électrocalorique des matériaux ferroélectriques solides et cristaux liquides. La découverte récente d'un effet électrocalorique qualifié de "géant" a relancé l'intérêt pour l'étude et la caractérisation des propriétés électrocaloriques des matériaux. Au-delà de la recherche des matériaux performants, ce domaine de recherche concerne également le développement des techniques de caractérisations appropriées et la réalisation des prototypes de réfrigération électrocalorique. Dans ce contexte, notre étude se focalise sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation, la méthode photopyroélectrique (indirecte) et la calorimétrie (directe). La technique photopyroélectrique, développée au sein du laboratoire a été utilisée pour la détermination des propriétés thermiques du matériau pyroélectrique lui-même. L'exploitation de cette technique nous a permis également de déterminer les propriétés pyroélectriques du matériau, en particulier le rapport entre le coefficient pyroélectrique et la capacité calorifique, en fonction de la température et du champ électrique appliqué, nécessaire pour une évaluation indirecte de l'effet électrocalorique. Plusieurs matériaux ferroélectriques solides et liquides ont été étudiés à l'aide de cette méthode, en particulier, un monocristal de TriGlycine Sulfate et deux cristaux liquides. L'effet électrocalorique a été évalué autour de la température de transition de phase que présentent chacun de ces matériaux. Pour valider les résultats obtenus, nous avons procédé à des mesures indirectes de la polarisation par la méthode usuelle du courant de dépolarisation. Dans ce travail, nous avons également développé une technique de mesure indirecte de l'effet électrocalorique, par mesure calorimétrique, à l'aide d'un nouveau dispositif. Outre l'étude des transitions de phase et de la capacité calorifique, cet instrument permet une mesure directe de la température et de la quantité de chaleur absorbée ou cédée avec le milieu environnant. Une première étude de l'effet électrocalorique a été réalisée sur un matériau multicouche à base de titanate de baryum. Les résultats obtenus par cette approche ont été ensuite comparés à d'autres techniques directes et indirectes existantes dans la littérature. Ces deux nouvelles approches permettent d'élargir les possibilités d'étude de futurs matériaux électrocaloriques et de mesurer à la fois les propriétés thermiques et pyroélectriques nécessaires pour l'étude de l'effet électrocalorique.

The natural fibres are increasingly used as reinforcements in polymer composites due to their challenging performances compared to conventional fibres in term of good specific mechanical properties, damping and thermal insulation. In the hemp industry, the retting is an upstream processing applied to the plants in order to facilitate the separation of fibres from the central woody part of the stem. This treatment is currently carried out in an empirical way in the fields that leads to a large variability in the hemp fibres instrinsic characteristics (color, morphology, biochemical composition, microstructure, thermal and mechanical properties) which limit their large use in high-performance composites. Therefore, controlling retting treatment is a crucial step. The aim of this thesis is to develop a global approach to this key step in the production of hemp fibers by combining the study of the biological mechanism of retting, the intrinsic characteristics of fibers and that of emissions volatile organic compounds and odors associated with the retting step. Different items were particularly examined:- The influence of retting duration and harvest period on the intrinsic characteristics of hemp fibers (color, morphology, biochemical composition, microstructure, mechanical and thermal properties).- The evolution of Volatile Organic Compounds (VOCs) and odors of hemp stems during field retting- Temporal dynamics of population densities of bacterial and fungal communities during retting- The impact of field retting (Mediterranean climate) and accelerated retting (controlled conditions in the laboratory) on the microstructural, thermal and mechanical properties of a polypropylene / hemp fibers biocomposite; Les réelles opportunités de croissance dont bénéficient les marchés liés à l'utilisation de fibres végétales en tant que renfort dans les matériaux composites sont intimement liées aux performances concurrentielles de ces fibres par rapport à celles de fibres de verre en particulier l’allégement, l’amortissement et l’isolation thermique. Dans l'industrie de la fibre de chanvre, le rouissage est le premier traitement appliqué aux plantes afin de faciliter la séparation des fibres de la partie ligneuse centrale de la tige. Ce traitement est actuellement réalisé de manière empirique en champ conduisant à l’obtention de fibres de qualité variable (couleur, morphologie, microstructure, composition biochimique, propriétés thermiques et mécaniques) ce qui constitue un frein à leur utilisation plus large dans des composites hautes performances. Par conséquent, la maîtrise du rouissage est primordiale. L’objectif de ce travail de thèse est de développer une approche globale de cette étape-clé de la production des fibres de chanvre en combinant à la fois l’étude du mécanisme biologique du rouissage, celle des caractéristiques intrinsèques des fibres et celle des émissions gazeuses et des odeurs associées à l’étape de rouissage. Différents items ont été particulièrement examinés :- L’influence de la durée du rouissage et de la période de récolte sur les caractéristiques intrinsèques des fibres de chanvre (couleur, morphologie, composition biochimique, microstructure, propriétés mécaniques, propriétés thermiques).- L’évolution des émissions de composés organiques volatils (COV) et de l'odeur lors du rouissage en champ.- La dynamique temporelle des densités de population des communautés bactériennes et fongiques pendant le rouissage- L'impact du rouissage en champ (climat méditerranéen) et du rouissage accéléré (conditions contrôlées en laboratoire) sur les propriétés microstructurales, thermiques et mécaniques d’un biocomposite polypropylène/fibre de chanvre

The study deals with the characterization of the thermal properties of semi-transparent liquids at high temperature: molten silicates. The characterization of such materials is particularly challenging because the contributions of the different heat transfer modes (conduction, convection and radiation) should be accounted for to allow the measurement of intrinsic properties. The experimental setup is based on a transient pulse method derived from the flash method. A heat flux stimulation is generated on the front face of an experimental cell, placed at the center of a tube furnace, with a continuous laser beam and the temperature rise is measured by an infrared detector on the opposite side. The modeling of the direct problem takes into account the conducto-radiative coupling by solving both the heat equation and the radiative transfer equation (RTE) for a gray emitting, absorbing but non-scattering medium with the spherical harmonics method (P1 approximation). The developed method allows to simultaneously estimate the thermal diffusivity and a mean (gray) absorption coefficient by an inverse method. The experimental results obtained on molten silicates with different radiative properties (i.e., different absorption coefficients) validate the characterization method developed and implemented in our work; Le sujet de l'étude concerne la caractérisation des propriétés thermiques de liquides semi-transparents à haute température : les liquides silicatés. La caractérisation de ces matériaux est particulièrement délicate car il faut séparer les contributions des différents modes de transfert thermique (conduction, convection et rayonnement) si l'on veut mesurer des propriétés intrinsèques. Le dispositif expérimental est basé sur une méthode pulsée de type flash. La cellule de mesure, placée au centre d'un four tubulaire, est soumise à une excitation délivrée par un laser continu et l'élévation de température est mesurée à l'aide d'un détecteur infrarouge sur la face opposée à l'excitation. La modélisation du problème direct prend en compte le couplage conducto-radiatif en résolvant l'équation de la chaleur en régime transitoire et l'équation de transfert radiatif (ETR) pour un milieu gris émettant, absorbant et non diffusant à l'aide de la méthode des harmoniques sphériques (approximation P1). La méthode développée permet d'estimer simultanément la diffusivité thermique et un coefficient d'absorption moyen (gris) par méthode inverse. Les résultats expérimentaux obtenus sur des liquides silicatés présentant des propriétés radiatives différentes (i.e., des coefficients d'absorption différents) valident la méthode de caractérisation développée et mise en œuvre dans nos travaux

The work presented in this paper aims to highlight and to understand the size effect of nano-reinforcements on nanocomposite properties With an experimental approach. Nanocomposites of PMMA and silica particles With different sizes (15nm, 25nm, 60nm, 150nm and 500nm) and volume fractions (20/0, 4 0/0 and 60/0) were manufactured. Multiscale analysis (MET and DRX-WAXS) have shown that the characteristic parameters of the microstructure of nanocomposites vary With the size of the nanoparticles. Indeed, the decrease in the size of nanoparticles at a given volume fraction implies a decrease of the intermolecular distance. This decrease has induced a densification of the matrix and a decrease of the matrix chain mobility. Mechanical tests (tensile, DMA) have shown that the young (E) and the conservation (E') moduli of the nanocomposites increase With the decrease in the size of the nanoparticles With a constant volume fraction. And the increase of E l is kept when temperature growing. An increase in glass transition (Tg) and degradation temperature (Td) was also observed With the DSC, DMA and ATG tests. Experimental elastic properties of the nanocomposites were used to assess the relevance of size effect micromechanical models, particularly the Hashin-Shtrikman bounds With interface effects proposed by Brisard. The modeling has shown that to reproduce the experimental elastic moduli of nanocomposites, the elastic coefficients of the interface must be dependents on particle sizes. And the state of dispersion of particles must be taken into account.; Le travail présenté dans ce document vise à mettre en évidence et à comprendre l'effet de la taille nanométrique des renforts sur les propriétés des nanocomposites avec une approche expérimentale. Des nanocomposites de PMMA et particules de silice (15nm, 25nm, 60nm, 150nm et 500nm) de fractions volumiques 2 0/0, 40/0 et 6 0/0 ont été fabriqués. Des analyses multi-échelles (MET et DRX-WAXS) ont montré que les paramètres caractéristiques de la microstructure des nanocomposites varient avec la taille des nanoparticules. En effet, la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante a entrainé une diminution de la distance intermoléculaire. Cette diminution a induit une densification de la matrice et une réduction de la mobilité des chaînes de la matrice. Des essais mécaniques (traction, DMA) ont montré que les modules de Young (E) et de conservation (E') des nanocomposites augmentent avec la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante. Et que l'augmentation de E' est conservée avec l'augmentation de la température. Une augmentation des températures de transition vitreuse (Tg) et de dégradation (Td) a également été observée avec les essais DSC, DMA et ATG. Le modèle de la borne inférieure d'Hashin-Shtrikman étendue aux nanocomposites à renforts sphériques proposé par Brisard a été utilisé. La modélisation des modules élastiques des nanocomposites a montré que pour reproduire les données expérimentales, il faut que d'une part que les modules surfaciques caractérisant l'interface soient dépendants de la taille des nanoparticules. Et d'autre part, tenir compte de l'état de dispersion des nanoparticules.

The building sector has a great potential to improve energy efficiency and reduce the greenhouse gas emissions. Improvements to the building envelope and Innovations in building materials have the potential to achieve sustainability within the built environment. This PhD thesis focuses on the development of multifunctional façade elements in order to optimize the building energy consumption while maintaining an optimal indoor human thermal comfort. The proposed solution consist of using passive storage by means of phase change materials associated with alternative construction materials such as textile reinforced concrete (TRC). The aim of the study is to characterize mechanical and thermal properties of TRC composites and to evaluate the effect of PCMs on indoor thermal comfort. To meet these objectives, experimental devices have been set up for the characterization (at the component scale and in situ) of the mechanical and thermal behaviour of different TRC panels. In parallel, we have developed a numerical model for the prediction of wall temperature profiles. Finally, a multi-objective optimization of the façade elements is carried out using genetic algorithms to determine the better combinations able to combine the energy performance with the mechanical performance.; Le secteur du bâtiment recèle un fort potentiel d’amélioration de l'efficacité énergétique et de réduction de l’empreinte écologique. Dans cette optique, l’enveloppe du bâtiment joue un rôle important pour relever le défi de la transition énergétique. En effet, une bonne conception de l’enveloppe contribue efficacement à réduire la consommation d’énergie tout en réduisant les émissions de CO2 associés. Cela s’accompagne notamment d’une démarche de développement de nouveaux matériaux et principes constructifs. Ce projet de thèse s’inscrit dans ce cadre en proposant un nouveau matériau composite, qui porte sur l’association de deux matériaux innovant : composite textile mortier (TRC) et matériaux à changement de phase (MCPs). L’objectif de cette combinaison est de contribuer au développement d’éléments de façades multifonctionnelles permettant d’allier performances énergétiques, mécaniques et environnementales. Le but de notre étude est de caractériser en premier lieu, les propriétés mécaniques et thermiques de ces composites puis, d’évaluer l’impact des MCPs sur le confort thermique intérieur pour différentes configurations. Pour atteindre ces objectifs, nous avons adopté une démarche expérimentale et numérique multi échelle. Une campagne expérimentale à l’échelle du laboratoire et in-situ a été menée. En parallèle, nous avons développé un modèle numérique de paroi multicouche, couplé à un modèle de bâtiment. Enfin, nous avons exploité ce couplage pour réaliser une optimisation multicritère à base d’algorithmes génétiques.

The study deals with the characterization of the thermal properties of semi-transparent liquids at high temperature: molten silicates. The characterization of such materials is particularly challenging because the contributions of the different heat transfer modes (conduction, convection and radiation) should be accounted for to allow the measurement of intrinsic properties. The experimental setup is based on a transient pulse method derived from the flash method. A heat flux stimulation is generated on the front face of an experimental cell, placed at the center of a tube furnace, with a continuous laser beam and the temperature rise is measured by an infrared detector on the opposite side. The modeling of the direct problem takes into account the conducto-radiative coupling by solving both the heat equation and the radiative transfer equation (RTE) for a gray emitting, absorbing but non-scattering medium with the spherical harmonics method (P1 approximation). The developed method allows to simultaneously estimate the thermal diffusivity and a mean (gray) absorption coefficient by an inverse method. The experimental results obtained on molten silicates with different radiative properties (i.e., different absorption coefficients) validate the characterization method developed and implemented in our work, Le sujet de l'étude concerne la caractérisation des propriétés thermiques de liquides semi-transparents à haute température : les liquides silicatés. La caractérisation de ces matériaux est particulièrement délicate car il faut séparer les contributions des différents modes de transfert thermique (conduction, convection et rayonnement) si l'on veut mesurer des propriétés intrinsèques. Le dispositif expérimental est basé sur une méthode pulsée de type flash. La cellule de mesure, placée au centre d'un four tubulaire, est soumise à une excitation délivrée par un laser continu et l'élévation de température est mesurée à l'aide d'un détecteur infrarouge sur la face opposée à l'excitation. La modélisation du problème direct prend en compte le couplage conducto-radiatif en résolvant l'équation de la chaleur en régime transitoire et l'équation de transfert radiatif (ETR) pour un milieu gris émettant, absorbant et non diffusant à l'aide de la méthode des harmoniques sphériques (approximation P1). La méthode développée permet d'estimer simultanément la diffusivité thermique et un coefficient d'absorption moyen (gris) par méthode inverse. Les résultats expérimentaux obtenus sur des liquides silicatés présentant des propriétés radiatives différentes (i.e., des coefficients d'absorption différents) valident la méthode de caractérisation développée et mise en œuvre dans nos travaux

The work presented in this paper aims to highlight and to understand the size effect of nano-reinforcements on nanocomposite properties With an experimental approach. Nanocomposites of PMMA and silica particles With different sizes (15nm, 25nm, 60nm, 150nm and 500nm) and volume fractions (20/0, 4 0/0 and 60/0) were manufactured. Multiscale analysis (MET and DRX-WAXS) have shown that the characteristic parameters of the microstructure of nanocomposites vary With the size of the nanoparticles. Indeed, the decrease in the size of nanoparticles at a given volume fraction implies a decrease of the intermolecular distance. This decrease has induced a densification of the matrix and a decrease of the matrix chain mobility. Mechanical tests (tensile, DMA) have shown that the young (E) and the conservation (E') moduli of the nanocomposites increase With the decrease in the size of the nanoparticles With a constant volume fraction. And the increase of E l is kept when temperature growing. An increase in glass transition (Tg) and degradation temperature (Td) was also observed With the DSC, DMA and ATG tests. Experimental elastic properties of the nanocomposites were used to assess the relevance of size effect micromechanical models, particularly the Hashin-Shtrikman bounds With interface effects proposed by Brisard. The modeling has shown that to reproduce the experimental elastic moduli of nanocomposites, the elastic coefficients of the interface must be dependents on particle sizes. And the state of dispersion of particles must be taken into account., Le travail présenté dans ce document vise à mettre en évidence et à comprendre l'effet de la taille nanométrique des renforts sur les propriétés des nanocomposites avec une approche expérimentale. Des nanocomposites de PMMA et particules de silice (15nm, 25nm, 60nm, 150nm et 500nm) de fractions volumiques 2 0/0, 40/0 et 6 0/0 ont été fabriqués. Des analyses multi-échelles (MET et DRX-WAXS) ont montré que les paramètres caractéristiques de la microstructure des nanocomposites varient avec la taille des nanoparticules. En effet, la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante a entrainé une diminution de la distance intermoléculaire. Cette diminution a induit une densification de la matrice et une réduction de la mobilité des chaînes de la matrice. Des essais mécaniques (traction, DMA) ont montré que les modules de Young (E) et de conservation (E') des nanocomposites augmentent avec la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante. Et que l'augmentation de E' est conservée avec l'augmentation de la température. Une augmentation des températures de transition vitreuse (Tg) et de dégradation (Td) a également été observée avec les essais DSC, DMA et ATG. Le modèle de la borne inférieure d'Hashin-Shtrikman étendue aux nanocomposites à renforts sphériques proposé par Brisard a été utilisé. La modélisation des modules élastiques des nanocomposites a montré que pour reproduire les données expérimentales, il faut que d'une part que les modules surfaciques caractérisant l'interface soient dépendants de la taille des nanoparticules. Et d'autre part, tenir compte de l'état de dispersion des nanoparticules.

To extend the use of composites in more varied application (smart applications, multifunctional issues), one of the actual barrier is their poor electrical and thermal conductivities. In the case of carbon fiber reinforced composites, organic matrix are in charge of the insulating properties of the resulting composite. One of the solutions to enhance conductivities of materials is the use of conductive nanofillers. Improving the electrical and thermal properties of nanofilled polymers has been investigated in several studies. However, studiing the properties of continuous carbon fiber nano-filled composites is less approached. This work tends to fabricate and characterize carbon black and carbon nanotubes nano-filled composites. First of all, special interest was given to the delicate phase of manufacturing. As mentioned before, processing continuous fiber reinforced nanofilled polymers implies issues related to nanofillers agglomeration and inhomogeneous dispersion in the final composite. To resolve these problems, the choice of the thermoplastic (Polyamide6) matrix seemed preferable. In fact, the dispersion of nanofillers was made by twin screw extrusion which is known as one of the most effective agglomeration separation ways. Adding to this, the fabrication method based on Polyamide 6 shects called film stacking, ensure a homogeneous partition at the beginning of the process. SEM observations were performed to localize the nano-particles. It showed that particles penetrated on the fiber zone. In fact, by reaching the fiber zone, the nano-fillers created network connectivity between fibers which means an easy pathway for the current. It explains the noticed improvement of the electrical conductivity of the composites by adding carbon black and carbon nanotube. This test was performed with the 4 points electrical circuit. It shows that electrical conductivity of 'neat' matrix composite passed from 20S/cm to 80S/cm by adding 8wt% of carbon black and to 15S/cm by adding 18wt% of the same nano-filler. For carbon nanotubes, with '2.5wt% the conductivity was around 150S/cm. For the thermal properties, tests based on Joule's effect were performed. The rise of temperature was recorded using IR camera. Results obtained are in agreement with the electrical conductivity ones, showing enhancement of the thermal behavior in presence of nanofillers. Thanks to these results, the use of these composites as a damage-monitoring tool was possible. By the way, the electrical resistance change method was performed. Nanofilled materials showed better sensitivity to damage. Results were compared with classical damage monitoring tools. At the end, several 'smart' applications were tested such as graded functionalities composite and stitched nanofilled materials.; Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d’endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d’endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés cousus.

To extend the use of composites in more varied application (smart applications, multifunctional issues), one of the actual barrier is their poor electrical and thermal conductivities. In the case of carbon fiber reinforced composites, organic matrix are in charge of the insulating properties of the resulting composite. One of the solutions to enhance conductivities of materials is the use of conductive nanofillers. Improving the electrical and thermal properties of nanofilled polymers has been investigated in several studies. However, studiing the properties of continuous carbon fiber nano-filled composites is less approached. This work tends to fabricate and characterize carbon black and carbon nanotubes nano-filled composites. First of all, special interest was given to the delicate phase of manufacturing. As mentioned before, processing continuous fiber reinforced nanofilled polymers implies issues related to nanofillers agglomeration and inhomogeneous dispersion in the final composite. To resolve these problems, the choice of the thermoplastic (Polyamide6) matrix seemed preferable. In fact, the dispersion of nanofillers was made by twin screw extrusion which is known as one of the most effective agglomeration separation ways. Adding to this, the fabrication method based on Polyamide 6 shects called film stacking, ensure a homogeneous partition at the beginning of the process. SEM observations were performed to localize the nano-particles. It showed that particles penetrated on the fiber zone. In fact, by reaching the fiber zone, the nano-fillers created network connectivity between fibers which means an easy pathway for the current. It explains the noticed improvement of the electrical conductivity of the composites by adding carbon black and carbon nanotube. This test was performed with the 4 points electrical circuit. It shows that electrical conductivity of 'neat' matrix composite passed from 20S/cm to 80S/cm by adding 8wt% of carbon black and to 15S/cm by adding 18wt% of the same nano-filler. For carbon nanotubes, with '2.5wt% the conductivity was around 150S/cm. For the thermal properties, tests based on Joule's effect were performed. The rise of temperature was recorded using IR camera. Results obtained are in agreement with the electrical conductivity ones, showing enhancement of the thermal behavior in presence of nanofillers. Thanks to these results, the use of these composites as a damage-monitoring tool was possible. By the way, the electrical resistance change method was performed. Nanofilled materials showed better sensitivity to damage. Results were compared with classical damage monitoring tools. At the end, several 'smart' applications were tested such as graded functionalities composite and stitched nanofilled materials., Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d’endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d’endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés cousus.

The use of the self-induced Seebeck effect in thermophysical characterization of solid and liquid thermoelectric (TE) materials is described in this manuscript. In previous works, the photothermoelectric technique (PTE) has been developed in our laboratory for the thermal characterization of solid TE materials having low electrical conductivities. In this work, we first generalized the use of the PTE technique to all solid thermoelectric materials (with high or low electrical conductivities). This is achieved by taking into account the Gaussian shape of the thermal source exciting the material as well as by the understanding of the coupling effects between thermal and electrical transport mechanisms when a TE material is submitted to a modulated thermal excitation. In this thesis, several solid thermoelectric materials were studied : Titanium trisulfide (TiS₃),Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ oxydes and Bismuth Selenido-telluride (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). Then, the self-induced Seebeck voltage was used for the detection of phase transitions exhibited by certain thermoelectric materials. The case of the copper selenide (Cu₂Se) was studied. A new procedure allowing to follow the temperature dependance of the thermal diffusivity of solid TE materials is also presented. In this work, the PTE technique was extended to liquid thermoelectric (LTE) materials. Indeed, a theoretical model describing the signal delivered by a LTE material subject to a periodic thermal excitation has been developed. Then, a study of the evolution of the thermal properties of an electrolyte as function of a solute concentration was performed. Finally, the thermal-wave resonator cavity (TWRC) approach was used to characterize thermally LTE materials. As far as we know, this is the first method proposing a TWRC approach applied directly to the sensor itself. The use of LTE such as heat sensors was also addressed here., Ce mémoire de thèse porte sur l'exploitation de l'effet Seebeck pour la caractérisation thermo-physique des matériaux thermoélectriques (TE) solides et liquides. Lors de travaux récents au sein du laboratoire, la technique photothermoélectrique (PTE) a été développée pour la caractérisation thermique de matériaux TE solides de faibles conductivités électriques. Dans ce travail, l'utilisation de cette technique a été généralisée à tous les matériaux TE solides (de faibles ou de hautes conductivités électriques). Cela est rendu possible par la prise en compte de la nature gaussienne de l'excitation thermique modulée à laquelle le matériau est soumis ainsi que par la compréhension des effets de couplage des mécanismes de transport thermique et électrique dans les matériaux TE. Dans cette thèse, plusieurs matériaux thermoélectriques solides ont été étudiés : le trisulfure de titane (TiS₃), les oxydes types Bi₂Ca₂Co₁,₇Oₓ, le séléniure du tellurure de bismuth (Bi₂Te₂,₄Se₀,₆). La tension auto-induite par effet Seebeck a été aussi exploitée pour la détection des transitions de phases que présentent certains matériaux thermoélectriques, ici le cas du séléniure de cuivre a été étudié. Une nouvelle procédure qui permet de déterminer l'évolution de la diffusivité thermique d'un matériau TE en fonction de la température est présentée. En plus des matériaux TE solides, la technique PTE a été étendue à l'étude des matériaux thermoélectriques liquides (LTE). Un modèle théorique qui décrit le signal délivré par un matériau LTE soumis à une excitation thermique périodique a été développé. Ensuite, une étude de l'évolution des propriétés thermiques d'un matériau LTE en fonction de la concentration d'un soluté a été réalisée. Enfin, l'approche dite de cavité résonnante d'ondes thermiques (TWRC) a été utilisée pour investiguer thermiquement des matériaux LTE. À notre connaissance, c'est la première fois que l'approche TWRC est utilisée pour l'analyse du signal généré par un liquide thermoélectrique. L'utilisation des LTE comme capteurs thermiques a été aussi abordée dans ce travail.

In case of severe accident, confinement chambers are submitted to thermodynamic variations of their internal environment. Pressures can increase up to 5 bars, temperature reaches 140 °C and relative humidity attains saturation. Beyond regulatory calculations, the complexity of the solicitation needs a good knowledge of the thermo-mechanical behaviour of concrete under the imposed conditions of temperature and relative humidity. This, in turns allows to develop numerical simulations as realistic as possible. The present study investigates the evolution of the mechanical and thermal characteristics of concrete. These properties are essential to develop numerical computations under the levels of pressure, temperature and relative humidity imposed during a severe accident. Mechanical and thermal tests are carried out under controlled hydro-thermal conditions. Temperature (T) is fixed at five target values: 30, 90, 110, 140 and 160 °C. Five levels of degree of saturation (Sw) range from 36 % to 100 %. The different target values of degree of saturation are attained by controlling relative humidity in the surrounding environment of the specimens during curing. DCT (Disk-shape Compact tension) tests was chosen to determine the dependence of the fracture energy, elastic modulus and traction resistance on temperature and degree of saturation of concrete because of its compact shape that is more suitable for testing under pressure (temperature above 100°C). Thermal properties are determined by means of the Transient Plane Source (TPS) method. This technique allows to determine thermal conductivity, thermal diffusivity and hence to deduct specific heat. The dependence of the permeability to liquid nitrogen on temperature up to 90 °C and on the degree of saturation was also analysed. After determining thermal and mechanical properties of concrete, numerical simulations have been developed in order to pass from laboratory scale to the structure scale. A coupled hydro-mechanical model and a damage model are proposed.; Les enceintes de confinement sont sollicitées lors d'un accident grave par la modification thermodynamique du milieu interne qui génère une pression pouvant monter jusqu'à 5 bars, une température évaluée au maximum à 180 °C et une humidité relative pouvant aller jusqu'à la saturation. Au-delà de calculs réglementaires, la complexité de la sollicitation nécessite une bonne connaissance du comportement mécanique et thermique des matériaux et en particulier du béton dans la gamme de température et d'hygrométrie imposée afin d’être capable de mener les simulations numériques les plus réalistes possibles.Notre étude présente les évolutions des caractéristiques mécaniques et thermiques essentielles pour les simulations numériques d'un béton dans la plage de pression, température et humidité imposées lors d'un accident grave. Les essais mécanique et thermique sont réalisés sous chargement thermo-hydrique contrôlées. La température (T) est fixée à cinq valeurs cibles : 30, 90, 110, 140 et 160 °C. Les cinq degrés de saturation en eau liquide du béton (Sw) varient entre 36 % et 100 %. Les différents degrés de saturation en eau liquide des éprouvettes sont obtenus par le contrôle de l’humidité relative de l’ambiance entourant l’éprouvette pendant leur cure. L’essai DCT (Disk-shape Compact Tension) a été choisi pour déterminer l’évolution de l’énergie de fissuration, du module d'élasticité et de la résistance en traction en fonction de la température et de Sw, en raison de son caractère très compact favorable pour la mise en oeuvre des essais sous pression (essai au-delà de 100 °C). Les propriétés thermiques sont évaluées par la méthode de la Source Plane Transitoire (TPS). C’est une technique permettant de déterminer la conductivité thermique, la diffusivité thermique et d'en déduire la chaleur spécifique. L’évolution de la perméabilité relative à l’azote du béton en fonction de la température jusqu'à 90 °C et du degré de saturation en eau du béton a été évaluée également. Après avoir déterminé les propriétés thermiques et mécaniques du béton, une modélisation numérique a été réalisée afin de passer de l’échelle de laboratoire à l’échelle de la structure. Un couplage entre un modèle hydrique et un modèle d’endommagement a été réalisé.

The origins of the variability of hemp concrete material properties are numerous. They include among others those related to the properties of its constituents and material itself as well as the methods used for their characterizations. This thesis is interested in the study of the variability of hemp concrete properties taking into account these different parameters and in particular the type of hemp particles used. The litterature review corried out allowed to present the hemp concrete material, the properties of its constituents, their methods of characterization and also the extend of properties variability and sensitivity due to various parameters. Furthermore, it allowed to identify the parameters to be considered in the context of this thesis. Therefore, this thesis is devided into four chapters in addition to the literature review. In the second chapter, a multi-criteria study on the properties of hemp particles is presented. After an experimental study of characterization for 13 types of hemp particles, a two level analysis of result is performed. It takes into account the density, water absorption capacity and particle size distributions. First, the results of the single characteristic study are presented; it is about a comparison of a given characterstic for all hemp particles at the same time. Secondly, the results of the multi-criteria study are presented. In this last case, the analysis is corried out by taking into account all hemp particles and characteristics, both at the same time. The outcome of this study allowed to classify hemp particles into three groups from which, low, medium and high mechanical peformances are expected, respectively. Chapter 3 is a preliminary study taking into account various parameters as sources of variability for hemp concrete properties, such as the testing laboratory (equipments), the batch, the specimen size and hemp particles type. The obtained results highlight the need for further investigations about the impact of hemp particles type. Moreover, the considerable dispersion in the results of Young’s modulus is likely associated with its calculation method. It then becomes important to deepen the study of its impact on the values of Young’s modulus obtained. The chapter 4 aims to answer the problem found on the method for calculating the Young’s modulus. Various methods from literature are used to analyse the stress-strain curves from samples manufactured under the same conditions. The variability observed in results with respect to used method allowed to highlight their impact and to provide the floating method as the most pertinent since it presents less variability. In addition, a model to describe the mechanical behavior law of hemp concrete is proposed. It allows to determine the enveloppe curve which corresponds to experimental curve from the monotonic loading. It can also allow to reproduce the experimental curve from a cyclic loading. In the last chapter, based on the results of chapter 2, nine types of hemp particles were selected for the preparation and manufacturing of specimens of the study. Under the same conditions (manufacturing and test), it has been demonstrated experimentally the impact of hemp particles on mechanical properties with a factor 10 between low and high values from obtained results. The mechanical response characterized by low (5% and 8% and, Les origines de la variabilité des propriétés du matériau béton de chanvre sont nombreuses. On distingue celles liées aux propriétés des ses constituants et du matériau lui-même auxquelles il faut ajouter les dispersions qui résultent des méthodes utilisées pour caractériser ce béton. Ce travail de thèse, s’intéresse à l’étude de la variabilité des propriétés du béton de chanvre en tenant compte de ces différentes sources et en particulier au type de chènevotte utilisée. L’étude bibliographique réalisée permet de comprendre le matériau béton de chanvre, notamment ses constituants, les méthodes de caractérisations en usage ainsi que l’ampleur de la variabilité et de la sensibilité de ses propriétés vis-à-vis des différents paramètres. Cet état de l’art, permet en outre d’identifier les paramètres à considérer dans le cadre de cette thèse. Notre travail de thèse est alors subdivisé en 4 chapitres en plus de l’étude bibliographique. Dans le deuxième chapitre, une étude multicritère sur les propriétés des chènevottes est présentée. Après une campagne expérimentale de caractérisation de 13 types de chanvre, une analyse des résultats à deux niveaux est réalisée. Elle prend en compte, la masse volumique, la capacité d’absorption d’eau et la granulométrie. Dans un premier temps on présente les résultats de l’étude mono-caractéristique ; il s’agit de la comparaison d’une caractéristique donnée pour l’ensemble des chènevottes. Dans un second temps, on présente les résultats de l’étude multicritère. Il s’agit d’analyser l’ensemble des chènevottes en prenant en comptes les différentes caractéristiques à la fois. A l’issue, les chènevottes sont classées en trois groupes. Le chapitre 3 constitue une étude préliminaire tenant compte des différents paramètres sources de variabilités des propriétés du béton de chanvre, comme le laboratoire d’essai (équipements), la gâchée, la taille d’éprouvette et le type de chanvre. Les résultats obtenus montrent la nécessité d’étudier l’impact du type de la chènevotte. Par ailleurs, la dispersion considérable obtenue pour les résultats du module d’Young est vraisemblablement associée à sa méthode de calcul. Il devient alors important d’approfondir l’étude de son impact sur les valeurs du module d’Young obtenues. Le chapitre 4 vise justement à étudier les méthodes de calcul du module d’Young. Les différentes méthodes de la littérature sont alors utilisées pour exploiter les courbes contrainte-déformation dont les essais ont été réalisés dans les mêmes conditions. Les variabilités observées sur les résultats vis-à-vis de chacune des méthodes permettent alors de mettre en évidence leur impact et de proposer la méthode « flottante » comme étant la plus pertinente. Par ailleurs, un modèle permettant de décrire la loi de comportement mécanique du béton de chanvre est proposé. Il permet de déterminer la courbe enveloppe correspondant à la courbe expérimentale issue du chargement monotone, et permet également de reproduire la courbe expérimentale issue d’un chargement cyclique. Dans le dernier chapitre, en se basant sur les résultats du chapitre 2, neuf types de chanvre ont été sélectionnés pour la confection des éprouvettes de l’étude. Dans les mêmes conditions (fabrication et essai), il a été mis en évidence expérimentalement l’impact de la chènevotte sur les propriétés mécaniques avec un facteur égal à 10 entre les valeurs faibles et élevées. La réponse mécanique caractérisée par des faibles (5% et 8% et

This study is a contribution to the search for new composite material from vegetable natural resources. It aims at the exploitation of natural fibers extracted from the Alfa plant with a bioplastic of the Mater-Bi® type in order to develop biocomposites. Three kinds of short fibers extracted from Alfa plant were prepared; untreated, 1% and 5% alkali treated. The various techniques used for fibers characterization showed an increase in the roughness, cellulose level, crystallinity index and thermal stability after the alkali treatment. The composite materials were prepared by twin screw extrusion flowed by an injection operation by varying the fiber contents of 0 to 25%. Thermal analysis showed significant increase of the crystallization rate with the incorporation of Alfa fibers and enhancement of thermal stability by alkali treatment. Modulus and tensile strength of biocomposites also improved whereas toughness and elongation at break decreased upon increasing the fibers fraction. Scanning electron microscopy (SEM) on fractured surfaces indicated good adhesion between the matrix and the treated or untreated Alfa fibers. The study of crystallization kinetics of biocomposites showed strong nucleating effect of treated or untreated Alfa fibers., Cette étude constitue une contribution à la recherche de nouveau matériau composite originaire des ressources naturelles végétales. Elle vise alors à l’exploitation des fibres naturelles extraites de la plante d’Alfa avec une matrice biopolymère thermoplastique de type Mater-Bi® afin d’élaborer des biocomposites. Trois types de fibres courtes extraites de la plante d’Alfa sont préparés ; non traitées et traitées par un traitement alcalin à 1 et 5%. Les diverses techniques utilisées pour la caractérisation des fibres ont révélé une augmentation de la rugosité, du taux de cellulose, de l’indice de cristallinité ainsi de la stabilité thermique après le traitement alcalin. Les matériaux composites sont préparés par extrusion bivis suivi d’une opération d’injection en faisant varier le pourcentage des fibres de 0 à 25%. Les analyses thermiques des biocomposites ont montré un accroissement significatif de la vitesse de cristallisation suite à l'incorporation des fibres d’Alfa ainsi une amélioration de la stabilité thermique pour les matériaux à base de fibres traitées. La résistance à la traction et le module de Young des biocomposites ont augmenté alors que la ténacité et l’allongement à la rupture ont diminué avec l'augmentation du taux de fibres. Les micrographies MEB des surfaces fracturées indiquent une bonne adhésion entre la matrice et les fibres d’Alfa traitées ou non. L’étude de la cinétique de cristallisation des différents biocomposites a prouvé le fort effet nucléant des fibres d’Alfa traitées ou non

Pre-impregnated thermoplastic composites are widely used in the aerospace industry for their excellent mechanical properties, impact resistance and fatigue strength all at lower density than other common materials. In recent years, the automotive industry has shown increasing interest in the manufacturing processes of thermoplastic-matrix composites materials, especially in thermoforming techniques for their rapid cycle times and the possible use of pre-existing equipment. An important step in the prediction of the mechanical properties and technical feasibility of parts with complex geometry is the use of modelling and numerical simulations of these forming processes which can also be capitalized to optimize manufacturing practices.This work offers an approach to the simulation of thermoplastic prepreg composites forming. The proposed model is based on convolution integrals defined under the principles of irreversible thermodynamics and within a hyperelastic framework. The simulation of thermoplastic prepreg forming is achieved by alternate thermal and mechanical analyses. The thermal properties are obtained from a mesoscopic analysis and a homogenization procedure. The comparison of the simulation with an experimental thermoforming of a part representative of automotive applications shows the efficiency of the approach., Les matériaux composites sont largement employés dans le domaine aérospatial grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, leur résistance aux chocs et à la fatigue, tout en restant plus légers que les matériaux conventionnels. Au cours des dernières années, l'industrie automobile a montré un intérêt croissant pour les procédés de fabrication et de transformation de matériaux composites à matrice thermoplastiques. Cela favorisé par le développement et l'optimisation des procèdes de mise en forme tels que le thermostampage, en vue de la réduction de temps de cycle. La modélisation et la simulation de ce procédé sont des étapes importantes pour la prédiction des propriétés mécaniques et de la faisabilité technique des pièces à géométrie complexe. Elles permettent d'optimiser les paramètres de fabrication et du procédé lui-même. À cette fin, ce travail propose une approche pour la simulation de la mise en forme des matériaux composites préimprégnés thermoplastiques. Un modèle viscohyperélastique avec une dépendance à la température a été proposé dans l'objectif de décrire le comportement du composite thermoplastique à l'état fondu. Et permets de faire des simulations de mise en forme à différentes températures. Au cours cette simulation, des calculs thermiques et mécaniques sont effectués de manière séquentielle afin d'actualiser les propriétés mécaniques avec l'évolution du champ température. L'identification des propriétés thermiques sont obtenues par homogénéisation à partir des analyses au niveau mésoscopique du matériau. La comparaison de la simulation avec le thermoformage expérimental d'une pièce représentative de l'industrie automobile analyse la pertinence de l'approche proposée.

The power electronics components (and still will have!) have a great influence on the energy and transport sectors. These parts are made of ceramic-copper assemblies for which the mechanical strength must be controlled to ensure durability about 30 years under the thermal cycles increasingly larger. A failure mechanisms analysis in DBC (Direct Copper Bonding) assemblies used in power electronics is studied (the delamination along the interface copper - ceramic and/or the brittle ceramic fracture). To identify the elastoplastic behavior of copper, we showed that it’s necessary to use a copper plate having undergone the heat hole treatments related to the assembly process. The ceramic gragile elastic behavior is descrobed within the Weibull statictics framework. Consequently, a copper-ceramic delamination characterization under four points bending made it possible to identify a cohesive model for the interface. The cohesive calibration parameters is carried out by using the data in two scales: i) strentgh-displacement macroscopic ii) local cracking optical follow-up with imposed displacement. The mechanical integrity of DBC assemblies of different thickness of copper and ceramic has been studied. We showed that the configurations with a ratio close to the unit are most dangerous by generating a delamination, which continues under thermal cycling. This risk of delamination can be notably reduced by structuring the copper circumference surface with cylindrical holes distributed periodically. Thus, a finite elements model allowing us to evaluate the most promising assemblies in term of durability, was estabilshed. In the absence of geometrical defects, the copper layer must remains, even in the delamination case whose face induces a concentration stress., Les composants d’électronique de puissance ont (et vont encore avoir !) eu une grande influence sur les secteurs de l'énergie et des transports. Ces pièces sont notamment constitués d’assemblages céramique –cuivre pour lesquels la tenue mécanique doit être maîtrisée afin de garantir dans le future une durabilité d’environ 30 ans sous l’action de cycles thermiques plus en plus grande. Une analyse des mécanismes de défaillance des assemblages DBC (Direct Bonding Copper) utilisés en électronique de puissance est étudiée (le délaminage le long de l’interface cuivre -céramique et/ou la rupture fragile de la céramique). Pour identifier le comportement élastoplastique du cuivre, nous avons montré qu’il est nécessaire d’utiliser une plaque de cuivre ayant subi l’ensemble des traitements thermiques liés au processus d’assemblage. Le comportement élastique fragile de la céramique est décrite dans le cadre d’une statistique de Weibull. Dès lors, une caractérisation du délaminage cuivre-céramique sous flexion quatre points a permis d’identifier un modèle cohésif pour l’interface. La calibration des paramètres cohésifs est menée en utilisant les données à deux échelles : i) macroscopique de force-déplacement ii) locale de suivi optique de la fissuration avec le déplacement imposé. L’intégrité mécanique des assemblages DBC pour différentes épaisseurs des couches de cuivre et de céramique a été étudié. Nous avons montré que les configurations avec un rapport proche de l’unité sont les plus dangereuses en engendrant un délaminage, qui se poursuit sous cyclage thermique. Ce dernier peut être notablement réduit en structurant le pourtour de la surface de cuivre avec des trous cylindriques répartis périodiquement. Ainsi, un modèle éléments finis permettant d’évaluer les assemblages les plus prometteurs en terme de durabilité a été établie. En l’absence de défauts géométrique, la couche de cuivre reste intègre, même dans le cas d’un délaminage dont le front induit une concentration de contrainte.

Since 1973, France's main objective in this domain has been to reduce the consumption of energy in heating residential and industrial buildings, which represents more than 40% of the national consumption. Consequently, the development of heat insulators has been the subject of research which has resulted in new materials: super thermal insulators with a thermal conductivity of less than 25 mW.m-1.K-1. Organic aerogels with a low density of Z-Phe-NH-Napht have been studied at LCPM for the past 10 years. Despite their very weak mechanical resistance they present a fibrillar structure which gives them very interesting thermal properties. A fundamental study of the supermolecular self-assembly allowed us to demonstrate the existence of two stacking methods of gelling molecules: head-to-head (monocrystals) and head-to-tail (gels) which are characterized by a specific infrared signature to the pseudo-cycles respectively on C12 and C10/C14. In addition, we also studied the sequential formation mechanism of these gels which resulted in a full model of their molecular organization from the single molecule to the fiber and based on a hexagonal packing symmetry. In aim of commercializing an insulator made from organic aerogels, we firstly optimized the protocol for obtaining aerogels to then work on improving their thermal and mechanical properties. We created a new hydrophobic insulator which has both a thermal conductivity in the range of the super heat insulators' and good mechanical properties that are compatible with industrial prerequisites for the construction of buildings, Depuis 1973, l’un des objectifs principaux de la France est la diminution de la consommation des énergies de chauffage des bâtiments du résidentiel et du tertiaire qui représentent plus de 40% de la consommation énergétique totale du pays. Le développement des isolants thermiques a été par conséquent un sujet de recherche qui a abouti à de nouveaux matériaux : les super-isolants thermiques de conductivité thermique inférieure à 25 mW.m-1.K-1. Les aérogels organiques de faible densité de Z-Phe-NH-Napht étudiés au LCPM présentent une structure fibrillaire qui leur confère des propriétés thermiques intéressantes malgré une résistance mécanique faible. Une étude fondamentale de l’organisation supramoléculaire nous a permis d’une part de démontrer l’existence de deux modes d’empilement des molécules organogélatrices : tête-à-tête (monocristaux) et tête-à-queue (gels), caractérisées par une signature infrarouge propre à des pseudo-cycles respectivement en C12 et C10/C14. D’autre part, nous avons étudié le mécanisme de formation séquentiel de ces gels et abouti à un modèle complet d’organisation de la molécule isolée à la fibre basé sur une symétrie hexagonale. En vue d’une commercialisation d’un isolant à base d’aérogel organique, nous avons tout d’abord optimisé le protocole d’obtention des aérogels pour ensuite travailler à l’amélioration des propriétés thermiques et mécaniques. Nous sommes parvenus à un nouvel isolant hydrophobe présentant une conductivité thermique de l’ordre de celles des super-isolants et de bonnes propriétés mécaniques compatibles avec les pré-requis industriels pour une application dans le bâtiment

We have used The full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method to examine various properties of YAg, YCu, YRh, YMg, YIn, LaAg, LaZn, LaMg, LaCd, ErAg, ErAu, ErCu, , CeAg, NdAg, DyCu et HoCu, members of a class of fully ordered stoichiometric intermetallics with the CsCl-type B2 lattice. These compounds have been found to have significant polycrystalline ductility at room temperature. The calculated ground state properties such as lattice constants, bulk Modulus and elastic constants agree well with the avaible data. The ductility orbrittleness of these intermetallic compounds is predicted. For LaZn, LaCd, ErCu ,ErAu et HoCu compounds, the mechanical and Debye temperature are predicted from the calculated values of elastic constants. The analysis of the density of states (DOS) gives a detailed explanation of the contribution of atomic orbital characters in the energy bands. The thermodynamic properties also are predicted by the quasiharmonic Debye model in the temperature range 0-700 K. In addition, we have studied the influence of the point defect on the structural and mechanical properties of the YCu compound using the pseudo-potential method implanted in the VASP code.Résumé : Nous avons utilisé la méthode des ondes plane augmentée linéarisé ( FP- LAPW ) pourexaminer les diverses propriétés des composés YAg, YCu, YRh, YMg, YIn, LaAg, LaZn, LaMg, LaCd, ErAg, ErAu, ErCu, , CeAg, NdAg, DyCu et HoCu, membres d'une classe des composés intermétalliques entièrement stoechiométriques, ils se cristallisent dans la structure B2 de type CsCl . Ces composés se sont révélés avoir une ductilité importante à la température ambiante. Le calcul des propriétés structurales telles que le paramètre du réseau, le module de compressibilité B et sa dérivée et les constantes élastiques sont en bon accord avec les données expérimentales et les valeurs théoriques disponibles dans la littérature. La ductilité ou la fragilité de ces composés intermétalliques est prédite. Pour les composés LaZn, LaCd, ErCu ,ErAu et HoCu, les propriétés mécanique et la température Debye sont prédits à partir des valeurs des constantes élastiques calculées. L’analyse de la densité d’états (DOS) donne une explication détaillée de la contribution des caractères atomiques des différentes orbitales dans les bandes d’énergie. Les propriétés thermodynamiques sont également prédites par le modèle de Debye quasi- harmonique dans la gamme de température de 0 à 700K. En outre, nous avons étudié l'influence du défaut ponctuel sur les propriétés structureles et mécaniques du composé YCu utilisant la méthode du pseudo- potentiel implanté dans le code VASP.

In the current context marked by a large emergence of environmental issues, the circular economy and sustainable development, the development of eco-materials represents a major challenge which offers an alternative to plastics recycled at end of life cycles.The objective of this work is to contribute to the development of two eco-materials from plant biomass non-cultivable food available, associated with synthetic polymers recycled at end of life cycles.It is a part, to develop a biosourced material constitutes of recycled polystyrene, strengthened of hulls of cotton. This material will be likely to be a substitute for polystyrene in areas of various applications such as the manufacture of parts for thermal insulation, interior trim from cars, the hulls of cellular mobile, computers, photocopiers, and various packaging.On the other hand, to develop particle board in wood of cotton stems and stalks of kenaf associated with a binder natural (the glue of bone) for use in the area of the thermal insulation of interior in replacing the panels of particles prepared with glue urea formaldehyde.The influence of the parameters for the development for each of the two materials was analyzed. After optimization of conditions of implementation for each material, the holding mechanical, thermal properties and the microstructure have been determined and optimized in each case., Dans le contexte actuel marqué par une grande émergence des questions environnementales, de l’économie circulaire et du développement durable, la mise au point d’éco-matériaux représente un enjeu majeur qui offre une alternative aux plastiques recyclés en fin de cycles de vie.L’objectif de ce travail est de contribuer au développement de deux éco-matériaux à partir des biomasses végétales cultivables non alimentaires disponibles, associées à des polymères synthétiques recyclés en fin de cycles de vie.Il s’agit d’une part, de développer un matériau biosourcé constitué de polystyrène recyclé, renforcé de coques de cotonnier. Ce matériau devra être susceptible de se substituer au polystyrène dans des domaines d’applications diverses telles que la fabrication de pièces d’isolation thermique, d’habillage intérieur de voitures, des coques de portables cellulaires, d’ordinateurs, de photocopieurs et d’emballages divers.D’autre part, de développer des panneaux de particules en bois de tiges de cotonnier et de tiges de kénaf associés à un liant naturel (la colle d’os) pour une utilisation dans le domaine de l’isolation thermique d’intérieur en remplacement des panneaux de particules élaborés avec la colle urée formaldéhyde.L’influence des paramètres d’élaboration pour chacun des deux matériaux a été analysée. Après optimisation des conditions de mise en œuvre pour chaque matériau, la tenue mécanique, les propriétés thermiques et la microstructure ont été déterminées et optimisées dans chaque cas.

In the current context marked by a large emergence of environmental issues, the circular economy and sustainable development, the development of eco-materials represents a major challenge which offers an alternative to plastics recycled at end of life cycles.The objective of this work is to contribute to the development of two eco-materials from plant biomass non-cultivable food available, associated with synthetic polymers recycled at end of life cycles.It is a part, to develop a biosourced material constitutes of recycled polystyrene, strengthened of hulls of cotton. This material will be likely to be a substitute for polystyrene in areas of various applications such as the manufacture of parts for thermal insulation, interior trim from cars, the hulls of cellular mobile, computers, photocopiers, and various packaging.On the other hand, to develop particle board in wood of cotton stems and stalks of kenaf associated with a binder natural (the glue of bone) for use in the area of the thermal insulation of interior in replacing the panels of particles prepared with glue urea formaldehyde.The influence of the parameters for the development for each of the two materials was analyzed. After optimization of conditions of implementation for each material, the holding mechanical, thermal properties and the microstructure have been determined and optimized in each case., Dans le contexte actuel marqué par une grande émergence des questions environnementales, de l’économie circulaire et du développement durable, la mise au point d’éco-matériaux représente un enjeu majeur qui offre une alternative aux plastiques recyclés en fin de cycles de vie.L’objectif de ce travail est de contribuer au développement de deux éco-matériaux à partir des biomasses végétales cultivables non alimentaires disponibles, associées à des polymères synthétiques recyclés en fin de cycles de vie.Il s’agit d’une part, de développer un matériau biosourcé constitué de polystyrène recyclé, renforcé de coques de cotonnier. Ce matériau devra être susceptible de se substituer au polystyrène dans des domaines d’applications diverses telles que la fabrication de pièces d’isolation thermique, d’habillage intérieur de voitures, des coques de portables cellulaires, d’ordinateurs, de photocopieurs et d’emballages divers.D’autre part, de développer des panneaux de particules en bois de tiges de cotonnier et de tiges de kénaf associés à un liant naturel (la colle d’os) pour une utilisation dans le domaine de l’isolation thermique d’intérieur en remplacement des panneaux de particules élaborés avec la colle urée formaldéhyde.L’influence des paramètres d’élaboration pour chacun des deux matériaux a été analysée. Après optimisation des conditions de mise en œuvre pour chaque matériau, la tenue mécanique, les propriétés thermiques et la microstructure ont été déterminées et optimisées dans chaque cas.

In order to understand the mechanisms of the heat transport in very thin amorphous films, we have proposed and experimentally demonstrated a new technique to measure the thermal properties of very thin membranes. This technique consists in coupling the 3 omega method to the Völklein geometry (elongated suspended membrane). The sample of interest is then implemented into a specific Wheatstone bridge in order to eliminate the electrical 1 omega signal. This technique allows the measurement with very high sensitivity of the 3 omega thermal signal and therefore the thermal properties of the membranes. Silicon nitride membranes studied in this work constitutes a typical amorphous material. We have been interested in the study on the thermal transport in such system of reduced dimensions as function of temperature and intrinsic modified stress. In order to accomplish this goal, silicon nitride membranes of high stress and low stress have been measured respectively with the thickness 50 nm and 100 nm. The overall behaviour of the measured thermal conductivity is an increase as the temperature is increased, a trend commonly found for amorphous material. The 50 nm data show thermal conductivity less than that of the 100 nm, this is consistent of the effect of reduced dimensions. The measured heat capacity is apparently higher than what is expected from the Debye phonon heat capacity. This is especially significant below 100 K where the heat capacity deviates significantly from the T3 Debye law. A theoretical model taking into account the presence of TLS in amorphous materials is then used to fit the experimental data. The theoretical fits are in excellent agreement with the experimental results. It was seen experimentally that stress has no effect on the specific heat of silicon nitride. Moreover, we have demonstrated that stress does not affect the dissipation in silicon nitride, and the dissipation dilution seems to be the sole cause of the reduction of dissipation by an applied stress in high stress silicon nitride. Therefore, stress should not affect thermal conductivity of silicon nitride, and this is consistent with the experimental results. As application for the 3 omega-Völklein method, we have demonstrated that the SiN membrane can be used as specific thermal sensor to characterize another material deposited on the backside of the membrane. We have tested this model to measure thermal properties of Bi2Te3 film and the results are in excellent agreement with literature. As the SiN is an insulator, this model is able to measure very thin films whatever its nature, insulator, semi conductor or metallic., Afin de comprendre les mécanismes de transport de la chaleur dans des films très minces des matériaux amorphes, nous avons proposé et démontré expérimentalement une nouvelle technique de mesure des propriétés thermiques de membranes très minces. Cette technique consiste à coupler la méthode 3 oméga avec la géométrie Völklein (membrane suspendue allongée). L'échantillon d'intérêt est alors monté dans un pont de Wheatstone spécifique afin d'éliminer le signal électrique 1 oméga. Cette technique permet de mesurer avec une très haute sensibilité le signal thermique 3 oméga et donc les propriétés thermiques des membranes. Le nitrure de silicium étudié dans ce travail constitue un matériau amorphe typique. Nous avons été intéressés par l'étude du transport thermique dans un tel système de dimensions réduites en fonction de la température et du stress intrinsèque qui présente dans les films. Afin d'atteindre cet objectif, les membranes de nitrure de silicium de stress élevé et de faible niveau de stress ont été mesurées respectivement pour une épaisseur de 50 nm et 100 nm. Le comportement global de la conductivité thermique mesurée est une croissance quand la température augmente, une tendance généralement constaté pour un matériau amorphe. Le data de membrane de 50 nm présente une conductivité thermique inférieure à celle du 100 nm, ce qui est en accord avec l'effet des dimensions réduites. La chaleur spécifique mesurée s'écarte sensiblement de la loi en T3 de Debye. Cela est particulièrement important en dessous de 100 K où la chaleur spécifique est plus élevé que celle prévue par la modèle Debye. Ces résultats expérimentaux sont en excellent accord avec les prévisions d'un model théorique qui tient en compte de l'effet TLS (Two Level System) qui présente dans le matériaux amorphe. Il a été montré expérimentalement que le stress n'a pas d'effet sur la chaleur spécifique de nitrure de silicium. De plus, nous avons démontré que le stress n'affecte pas la dissipation dans nitrure de silicium, et la dissipation par dilution semble être la cause de la réduction de la dissipation. Par conséquent, le stress ne devrait pas affecter la conductivité thermique du nitrure de silicium, ce qui est cohérent avec les résultats expérimentaux. En terme d'application de la méthode 3 oméga-Völklein, nous avons démontré que la membrane de SiN peut être utilisée comme capteur thermique spécifique pour caractériser un autre matériau déposée sur la face arrière de la membrane. Nous avons testé ce modèle pour mesurer les propriétés thermiques d'un film de 200 nm de Bi2Te3. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec la littérature. Comme le SiN est un matériau isolant, ce modèle est capable de mesurer des films très minces quelle que soit sa nature, isolant, semi conducteur ou métallique.

In order to understand the mechanisms of the heat transport in very thin amorphous films, we have proposed and experimentally demonstrated a new technique to measure the thermal properties of very thin membranes. This technique consists in coupling the 3 omega method to the Völklein geometry (elongated suspended membrane). The sample of interest is then implemented into a specific Wheatstone bridge in order to eliminate the electrical 1 omega signal. This technique allows the measurement with very high sensitivity of the 3 omega thermal signal and therefore the thermal properties of the membranes. Silicon nitride membranes studied in this work constitutes a typical amorphous material. We have been interested in the study on the thermal transport in such system of reduced dimensions as function of temperature and intrinsic modified stress. In order to accomplish this goal, silicon nitride membranes of high stress and low stress have been measured respectively with the thickness 50 nm and 100 nm. The overall behaviour of the measured thermal conductivity is an increase as the temperature is increased, a trend commonly found for amorphous material. The 50 nm data show thermal conductivity less than that of the 100 nm, this is consistent of the effect of reduced dimensions. The measured heat capacity is apparently higher than what is expected from the Debye phonon heat capacity. This is especially significant below 100 K where the heat capacity deviates significantly from the T3 Debye law. A theoretical model taking into account the presence of TLS in amorphous materials is then used to fit the experimental data. The theoretical fits are in excellent agreement with the experimental results. It was seen experimentally that stress has no effect on the specific heat of silicon nitride. Moreover, we have demonstrated that stress does not affect the dissipation in silicon nitride, and the dissipation dilution seems to be the sole cause of the reduction of dissipation by an applied stress in high stress silicon nitride. Therefore, stress should not affect thermal conductivity of silicon nitride, and this is consistent with the experimental results. As application for the 3 omega-Völklein method, we have demonstrated that the SiN membrane can be used as specific thermal sensor to characterize another material deposited on the backside of the membrane. We have tested this model to measure thermal properties of Bi2Te3 film and the results are in excellent agreement with literature. As the SiN is an insulator, this model is able to measure very thin films whatever its nature, insulator, semi conductor or metallic.; Afin de comprendre les mécanismes de transport de la chaleur dans des films très minces des matériaux amorphes, nous avons proposé et démontré expérimentalement une nouvelle technique de mesure des propriétés thermiques de membranes très minces. Cette technique consiste à coupler la méthode 3 oméga avec la géométrie Völklein (membrane suspendue allongée). L'échantillon d'intérêt est alors monté dans un pont de Wheatstone spécifique afin d'éliminer le signal électrique 1 oméga. Cette technique permet de mesurer avec une très haute sensibilité le signal thermique 3 oméga et donc les propriétés thermiques des membranes. Le nitrure de silicium étudié dans ce travail constitue un matériau amorphe typique. Nous avons été intéressés par l'étude du transport thermique dans un tel système de dimensions réduites en fonction de la température et du stress intrinsèque qui présente dans les films. Afin d'atteindre cet objectif, les membranes de nitrure de silicium de stress élevé et de faible niveau de stress ont été mesurées respectivement pour une épaisseur de 50 nm et 100 nm. Le comportement global de la conductivité thermique mesurée est une croissance quand la température augmente, une tendance généralement constaté pour un matériau amorphe. Le data de membrane de 50 nm présente une conductivité thermique inférieure à celle du 100 nm, ce qui est en accord avec l'effet des dimensions réduites. La chaleur spécifique mesurée s'écarte sensiblement de la loi en T3 de Debye. Cela est particulièrement important en dessous de 100 K où la chaleur spécifique est plus élevé que celle prévue par la modèle Debye. Ces résultats expérimentaux sont en excellent accord avec les prévisions d'un model théorique qui tient en compte de l'effet TLS (Two Level System) qui présente dans le matériaux amorphe. Il a été montré expérimentalement que le stress n'a pas d'effet sur la chaleur spécifique de nitrure de silicium. De plus, nous avons démontré que le stress n'affecte pas la dissipation dans nitrure de silicium, et la dissipation par dilution semble être la cause de la réduction de la dissipation. Par conséquent, le stress ne devrait pas affecter la conductivité thermique du nitrure de silicium, ce qui est cohérent avec les résultats expérimentaux. En terme d'application de la méthode 3 oméga-Völklein, nous avons démontré que la membrane de SiN peut être utilisée comme capteur thermique spécifique pour caractériser un autre matériau déposée sur la face arrière de la membrane. Nous avons testé ce modèle pour mesurer les propriétés thermiques d'un film de 200 nm de Bi2Te3. Les résultats obtenus sont en excellent accord avec la littérature. Comme le SiN est un matériau isolant, ce modèle est capable de mesurer des films très minces quelle que soit sa nature, isolant, semi conducteur ou métallique.

In a building, heat is lost through a variety of surfaces (wall, roof and floor) that may contain concrete. It is therefore useful to consider alternative concrete structures with improved thermal insulation properties. The use of lightweight aggregates, which have good thermal properties due to their porous structure, can present a solution for improving the insulation capacity of the concrete elements. This embedded insulation technique allows lighter construction systems while satisfying the requirements of the RT 2012. This study aims to optimize the mechanical performance/insulating capacity coupling of lightweight aggregate concrete. It is based on a double approach of experimental and numerical analysis.The targeted lightweight aggregate concretes have a density lower than 1500 kg/m3 and a compressive strength higher than 25 MPa. The influence of the lightweight aggregate nature, the rate of substitution of alluvial sand by lightweight sand, W/C ratio and the addition of silica fume on the mechanical and thermal performances of concrete is studied. This allows to identify formulations suitable for a wide range of structural applications. Young's modulus, compressive strength, thermal conductivity and diffusivity are measured on 25 formulations of lightweight aggregate concrete. The thermal behavior of these concretes, including sensible and latent heat transfer, is also examined in order to optimize their thermal insulation properties. The experimental results provide a better understanding of the relationship between the formulation of lightweight aggregate concrete and the mechanical performance to insulating capacity ratio. Based on some experimental measurements, numerical modeling is carried out in order to identify the thermal properties (thermal conductivity, specific heat) and mechanical properties (Young's modulus, fracture strength) of lightweight aggregates (gravel and sand) which are difficult to measure experimentally. Homogenization methods for two phase materials are used for this purpose. By knowing the thermal and mechanical properties of different components, the predictive modeling of the macroscopic behavior of lightweight concrete can be developed from homogenization schemes for multi-phase polydisperse materials. The analytical methods developed are validated by comparison with experimental measurements for the different families of lightweight aggregate concrete studied. They will eventually alleviate the costs and delays of the experimental analysis. The heat transfer over a year through the building envelope made of lightweight concrete is modeled in order to quantify the improvement in thermal performance of lightweight aggregate concrete compared to normal concrete.; Dans un bâtiment, les déperditions thermiques proviennent de diverses parties opaques (mur, toit et plancher) qui peuvent contenir du béton. Il est donc intéressant d'envisager des formulations de béton de structure avec des propriétés d'isolation thermique améliorées. L'utilisation de granulats légers, qui possèdent de bonnes propriétés thermiques grâce à leur structure poreuse, peut être une solution pour améliorer la capacité d'isolation des éléments en béton. Cette technique d'isolation répartie peut permettre d'éviter des dispositifs constructifs lourds tout en répondant aux exigences de la RT 2012. La présente étude a pour objectif d'optimiser le couple performance mécanique - capacité isolante des bétons de granulats légers. Elle repose sur une double approche expérimentale et numérique.Les bétons de granulats légers ciblés ont une masse volumique inférieure à 1500 kg/m3 et une résistance en compression supérieure à 25 MPa. L'influence de la nature des granulats légers, du taux de substitution du sable alluvionnaire par du sable léger, du rapport E/C et de l'ajout de fumée de silice sur les performances mécaniques et thermiques des bétons est étudiée afin de proposer des formulations adéquates pour une large gamme d'usage structurel. Le module d'Young, la résistance en compression, la conductivité thermique et la diffusivité sont mesurées sur 25 formulations de bétons de granulats légers. Le comportement thermique de ces différents bétons en fonction de facteurs climatiques, comme la température et le degré d'humidité est aussi examiné afin d'optimiser leurs propriétés d'isolation thermique. L'ensemble des résultats expérimentaux permet une meilleure compréhension de la relation entre la formulation des bétons de granulats légers et leur rapport performance mécanique / pouvoir isolant. En s'appuyant sur certaines mesures expérimentales, des modélisations numériques reposant sur des techniques d'homogénéisation permettent d'identifier des propriétés thermiques (conductivité thermique, chaleur spécifique) et mécaniques (module d'Young, résistance à la rupture) des granulats légers (gravillons et sables) difficilement mesurables expérimentalement. Connaissant les propriétés thermiques et mécaniques des différents constituants, des modélisations prédictives des comportements macroscopiques des bétons légers sont développées à partir de schémas d'homogénéisation pour des matériaux multi-phases polydisperses. Les outils développés sont comparés et validés par confrontation aux mesures expérimentales pour les différentes familles de bétons de granulats légers étudiés. Ils permettront par la suite d'alléger les coûts et délais des campagnes expérimentales de mise au point des formulations. La modélisation, sur une année, des transferts thermiques à travers une enveloppe de bâtiment en béton de granulats légers permet de quantifier l'amélioration des performances thermiques des bétons de granulats légers par rapport à un béton classique.

The objective of this study is to synthesize new architectures of ketene-based aliphaticpolyketones, having a lower melting temperature than polydimethylketene, while maintaining a high degradation temperature, in order to widen the processing window. The synthesis of dimethylketene and / or ethylketene was succeeded by the pyrolysis of isobutyric and / or butyric anhydride at 625°C under 40 mbar. A random copolymer was first synthesized by the cationic copolymerization between dimethylketene and ethylketene, at -78 ° C; then using a Friedel-Craft initiator, a star-shaped polydimethylketene was obtained. These two polymers have reached the initial goal of this study: they possess a melting endotherm at about 180°C, a good thermal stability similar to polydimethylketene (Tdegradation = 300°C), and in particular, excellent oxygen barrier properties in wet atmosphere (up to 95% RH)., L’objectif de cette étude est de synthétiser de nouvelles architectures de polycétones aliphatiques à base de cétènes, possédant une température de fusion plus basse que le polydiméthylcétène, tout en conservant une température de dégradation élevée, afin d’élargir sa fenêtre de mise en œuvre.La synthèse du diméthylcétène et / ou de l’éthylcétène a été réalisée par pyrolyse de l’anhydride isobutyrique et/ou butyrique à 625°C sous 40 mbar. Un copolymère statistique a été d’abord synthétisé par copolymérisation entre le diméthylcétène et l’éthylcétène, par voie cationique à -78°C ; ensuite en utilisant un amorceur de Friedel-Craft, un polydiméthylcétène possédant une architecture étoilée a été obtenu. Ces deux polymères ont permis d’atteindre l’objectif initialement fixé : ils présentent un endotherme de fusion à environ 180°C, une bonne stabilité thermique similaire à celle du polydiméthylcétène (Tdégradation = 300°C), et en particulier, de très bonnes propriétés barrières à l’oxygène en milieu humide (jusqu’à 95% HR).

The plaster is a material of high availability and very known for its qualities : it is favourable to the protection of the environment, quite malleable, of low density, its functional properties are remarkable (firewall, thermal insulation, regulator of the hygroscopy of enclosures), decorative, ... What justifies the interest attached to this material for constructions. Its great alarming brittleness is at the origin of the research tasks in the whole world for its strengthening. The glass fibers and sisal are the more used reinforcements to this day. The strengthening by plant fibers is more and more researched. The microstructure of the plaster is porous ; that promotes its heat insulation character. The textures implemented so far are limited to porosities ranging between 30 and 55%. The reduction of cost of this material for a wide use is still possible and desired. Two levers are exploited in this work, in particular a lightening of the plaster weight to increase the proportion of air voids and a reinforcement of the mechanical resistance with locally produced fibers. The objective of this work is to evaluate the mechanical, thermal and hygrometrical characteristics of a material made up of harden plaster, with high porosity, strengthened by a new plant fiber : the Rhecktophyllum Camerunense (RC), a fiber of humid equatorial forests. The sisal fiber, of known use for the strengthening of the plaster, serves as a reference for comparison purposes. A serie of experiments is conducted to this effect. A physicochemical characterization of constituents is performed. Mechanical tests of tensile and of bending are performed on the constituents and the resulting plaster/fiber composite materials. The kinetic adsorption of moisture by the constituents is followed. The thermal behaviour of plaster and plaster/fiber is also measured. The fibers used, sisal and RC are with high rates of cellulose (between 49 and 78.8% ), the fiber of RC is tubular with 35.5 % of porosity. The plaster is dissolved in demineralized water to a mass ratio W/P equals to 1 from the powder of semihydrate β. Its crystalline microstructure is composed of gypsum crystals in the form of needles tangled with the empty intercristallins. As far as the mechanical behavior is concerne, the result reveals that the plaster is weak, its Young’s modulus in tensile is 1.72 GPa, its tensile strength is 0.86 MPa and its elongation at break is 1.16 %. In three points bending test, its modulus of elasticity is 0.64 GPa and its constraint at break is 0.13 MPa. The sisal fiber is stiff and fragile. Its Young’s modulus is between 9 and 21 GPa, it admits an elongation at break of 3 to 7 %. On the other side, the fiber of RC is quite ductile : the means of Young’s module is 7 GPa and the elongation at break is 24.2 %. The adhesion of the plaster on the fiber surface is low : it adheres more on the sisal than on the RC. The sisal strengthened better the plaster with a sensitive increase of the Young’s modulus of 42.5 %, against 16.3 % for the RC. But the RC fiber gives rather high elastic ductility. The fibers of RC deliver maximum capacity in tensile to the plaster when they are woven into unidirectional. They offer high capacity in bending when they are uniformly distributed inside the volume according to the longitudinal direction of the structure. (...), Le plâtre est un matériau de grande disponibilité et très connu pour ses qualités : il est favorable à la protection de l’environnement, assez malléable, de faible densité, aux propriétés fonctionnelles remarquables (coupe-feu, isolant thermique, régulateur de l’hygrométrie des enceintes), décoratif, ... Ce qui justifie l’intérêt accordé à ce matériau pour les constructions. Sa grande fragilité préoccupante est à l’origine des travaux de recherches dans le monde entier en vue de son renforcement. Les fibres de verre et de sisal sont les renforts les plus utilisés à ce jour. Le renforcement par des fibres végétales est de plus en plus recherché. La texture micro structurale poreuse du plâtre favorise son caractère d’isolant thermique. Les textures mises en œuvre jusqu’à présent sont limitées à des porosités comprises entre 30 et 55%. La réduction du coût de ce matériau pour une large utilisation est encore possible et souhaitée. Deux leviers sont exploités dans ce travail, notamment un allègement de la masse de plâtre pour augmenter le taux de porosité et un renforcement de la tenue mécanique par incorporation de fibres végétales produites localement. L’objectif de ce travail est d’évaluer les caractéristiques mécaniques, thermiques et hygrométriques d’un matériau constitué de plâtre pris, à grande porosité, renforcé d’une nouvelle fibre végétale : le Rhecktophyllum Camerunense (RC), une fibre des forêts humides équatoriales. La fibre de sisal, d’utilisation connue pour le renforcement du plâtre, sert de référence à des fins de comparaison. Une série d’expérimentations est menée à cet effet. Une caractérisation physico-chimique des constituants est effectuée, des essais mécaniques de traction et de flexion sont effectués sur les constituants et les matériaux composites plâtre/fibres résultants, la cinétique d’adsorption d’humidité par les constituants et le matériau fibreux est suivie. Le comportement thermique des matériaux plâtre et plâtre/fibres est aussi mesuré. Les fibres utilisées, le sisal et le RC, sont à fort taux de cellulose (entre 49 et 78,8%), la fibre de RC est tubulaire avec 35,5% de porosité. Le plâtre est gâché à l’eau déminéralisée à un rapport massique E/P égal à 1 à partir de la poudre de semihydrate β. Sa microstructure cristalline est constituée de cristaux de gypse sous forme d’aiguilles enchevêtrées avec des vides intercristallins. Sur le plan du comportement mécanique, les résultats obtenus révèlent que le plâtre se montre fragile et présente un module d’élasticité en traction de 1,72 GPa, une résistance à la traction de 0,86 MPa et un allongement à la rupture de 1,16%. En flexion trois points, son module d’élasticité est de 0,64 GPa et sa contrainte à la rupture, de 0,13 MPa. La fibre de sisal est raide et fragile. Son module d’élasticité est compris entre 9 et 21 GPa, elle admet un allongement à rupture de 3 à 7%. Par contre, la fibre de RC est assez ductile avec un module d’Young moyen de 0,7 GPa et un allongement à rupture de 24,2%. L’adhésion du plâtre sur les fibres est faible : il adhère plus sur le sisal que sur le RC. Le sisal renforce mieux le plâtre par une augmentation plus sensible du module d’élasticité de 42,5%, contre 16,3% pour le RC, ce dernier lui apportant plutôt une grande ductilité élastique. Les fibres de RC apportent le maximum de renforcement en traction au plâtre lorsqu’elles sont tissées en unidirectionnel et en flexion lorsqu’elles sont uniformément réparties dans le volume suivant la direction longitudinale de la structure. (...)

The use of renewable lignocellulosic resources experiences an undeniable resurgence of interest for building materials development. Based on this observation, a first line of work has seen the development of plant-based concretes constituted of lignocellulosic aggregates and a pozzolanic binder. Hemp and sunflower stem aggregates were then selected for their similarities and availability in the Auvergne region. In parallel, pozzolanic binder consisting of 80% by mass of volcanic pumice sand from a local quarry, 20% lime and an activator has been formulated. The results show the similarity of hemp and sunflower aggregates characteristics as well as mechanical and thermal properties of lightweight concretes (, L'utilisation de ressources lignocellulosiques renouvelables connaît à l'heure actuelle un indéniable regain d'intérêt pour l'élaboration de matériaux de construction. Partant de ce constat, un premier axe de travail a vu l'élaboration de bétons de végétaux constitués de granulats de végétaux lignocellulosiques et d'un liant pouzzolanique. Les broyats de tige de chanvre et de tournesol ont ainsi été sélectionnés pour leurs similarités et leur disponibilité dans la région Auvergne. En parallèle, un liant pouzzolanique constitué de 80% en masse de sable de ponce volcanique provenant d'une carrière locale, de 20% de chaux aérienne et d'un activateur a été formulé. Les résultats obtenus montrent la similitude des caractéristiques des granulats de chanvre et de tournesol ainsi que des performances mécaniques et thermiques des bétons légers (

The concrete is a omnipresent building material in civil engineering because of its ease of implementation and its economic cost. Following the tunnels or buildings fires, concrete structures can present significant damages. In order to design safer structures it is necessary to understand the physical phenomena causing disorders in the concrete structures at high temperature. This research works can complement the existing knowledge on the behavior of concrete at high temperatures by focusing on the behavior of aggregates, the interaction paste/aggregates and concrete/rock. This research is based on an experimental analysis. It analyses the influence of different types of aggregates on the thermo-hydro-mechanical behavior of concrete subjected to high temperature. This study has three parts: the study of the behavior of aggregates subjected to high temperatures, the study of the behavior of concrete with the tested aggregates and the study of a bilayer sample simulating the concrete/rock relationships in a tunnel fire. In the first part, three aggregates (crushed calcareous, semi-crushed silico-calcareous of Seine and rolled siliceous) undergo the heating/cooling cycles at a rate of 1°C/min to 150°C, 300°C, 450°C, 550°C, 600°C and 750°C. For the same nature of siliceous aggregate, the flint has a thermal instability resulting in a spalling from 300°C while the quartzite has a good heat resistance. The crystallinity and the microstructure of quartz play an important role in their thermal stability. The initial water content has also an importance on the thermal behavior of flint. The calcareous aggregate present also an instability because of the decarbonation/hydration phenomena but after the heating/cooling cycle of 750°C. The physico-chemical, mineralogical and microstructural evolutions of these aggregates subjected to high temperature are then analysed to understand the instability's process. The damage evolution of flint is described by a series of observations of the cracking from the macroscopic to nanoscopic scale. The second part of the experimental study is devoted to concrete made with three aggregates discussed above. For each type of aggregate, two W/C ratios of 0.6 and 0.3 for the concretes are studied. These concretes suffer the same heating/cooling cycles than those of aggregates. We determine the evolution of the cracking, the thermal properties, the physical and mechanical properties of the concrete with the temperatures experienced. The residual mechanical behavior of concrete varies with the nature of aggregates and the influence of aggregate depends also on the compactness of the cement paste. The part relating to a simulation of a tunnel fire with a rock/concrete bilayer manufactured in the laboratory permits to analyse the behavior of concrete and rock by focusing on the heat transfer in the two materials during the exposure to high temperature. Keywords: concrete, calcareous and siliceous aggregate, microstructure, mechanical properties, thermal properties, high temperature., Le béton est un matériau de construction omniprésent dans les ouvrages de génie civil en raison de sa facilité de mise en oeuvre et son faible coût économique. Suite à des incendies de tunnels ou de bâtiments, les structures en béton peuvent présenter d'importantes dégradations. Afin de pouvoir concevoir des ouvrages plus sûrs il s'avère nécessaire de comprendre les phénomènes physiques à l'origine des désordres dans les structures en béton portées à température élevée. Les travaux de recherche de cette thèse permettent de compléter les connaissances déjà acquises sur le comportement du béton à température élevée en mettant l'accent sur le comportement des granulats, de l'interaction pâte/granulats et béton/roche. Ce travail de recherche basé sur une approche expérimentale analyse l'influence de différentes natures de granulats sur le comportement thermo-hydro-mécanique du béton soumis à une température élevée. Cette étude est construite en trois parties : l'étude du comportement des granulats soumis à température élevée, l'étude du comportement du béton avec les granulats testés précédemment et enfin l'étude d'un échantillon bicouche simulant la relation béton/roche dans un tunnel en incendie. Dans la première partie, trois granulats (calcaire concassé, silico-calcaire semi-concassé de Seine et siliceux roulé) subissent des cycles de chauffage/refroidissement à une vitesse de 1°C/min à 150°C, 300°C, 450°C, 550°C, 600°C et 750°C. Pour une même nature de granulat siliceux, le silex présente une instabilité thermique se traduisant par un éclatement à partir de 300°C alors que le quartzite présente une bonne résistance thermique. La cristallinité et la microstructure du quartz jouent un rôle important dans leur stabilité thermique. La teneur en eau initiale présente aussi une importance sur le comportement thermique du silex. Le granulat calcaire présente aussi une instabilité à cause des phénomènes de décarbonatation/hydratation mais seulement pour le cycle de chauffage/refroidissement à 750°C. Les évolutions physico-chimiques, minéralogiques et microstructurales de ces granulats soumis à une température élevée sont ensuite analysées pour bien comprendre le processus d'instabilité. L'évolution des endommagements du silex est décrite par une série d'observations de la fissuration de l'échelle macroscopique à nanoscopique. La deuxième partie de l'étude expérimentale est consacrée aux bétons réalisés avec les trois granulats analysés précédemment. Pour chaque type de granulat, deux rapports E/C de 0.6 et 0.3 pour les bétons sont étudiés. Ces bétons subissent les mêmes cycles de chauffage/refroidissement que les granulats. Nous déterminons l'évolution de la fissuration, des propriétés thermiques, physiques et mécaniques des bétons en fonction des températures subies. Le comportement mécanique résiduel du béton varie selon la nature des granulats et l'influence du granulat dépend aussi de la compacité de la pâte cimentaire. La partie relative à la simulation d'un incendie dans un tunnel avec un bicouche roche/béton fabriqué au laboratoire permet d'analyser le comportement du béton et de la roche en s'intéressant aux transferts de chaleur dans les 2 matériaux au cours de l'exposition à une température élevée. Mots clés : béton, granulat siliceux et calcaire, microstructure, propriétés mécaniques, propriétés thermiques, haute température.