Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Contraintes thermiques et optiques“

L’analyse en régime permanent des différentes modélisations effectuées sur les capteurs solaires plans fonctionnant en basse et moyenne température a permis de développer un modèle linéaire simple susceptible d’approximer par voie expérimentale véloce les performances thermiques et optiques d’un distillateur solaire à effet de serre. Ce modèle a servi également pour l’identification du régime permanent et la vérification du temps de réponse du système dans les mêmes conditions de fonctionnement et d’environnement.

Préalablement à leur acquisition, les robinets installés dans les centrales nucléaires font l’objet d’une démonstration de leur aptitude à endurer des chocs thermiques d’une amplitude de 255 C, sollicitation majorante de conditions normales d’exploitation. Afin de mieux cerner la validité de démonstrations fondées sur des simulations numériques, nous confrontons l’essai en vraie grandeur d’un robinet à soupape de diamètre nominal 150 mm avec sa simulation numérique. Cet article est focalisé sur le comportement de l’assemblage boulonné du corps et du couvercle, assurant la fonction d’étanchéité, dite externe du robinet. La campagne d’essai, menée sur la boucle CYTHERE d’EDF, comprend plusieurs chocs alternés, froid puis chaud. Le robinet est équipé de 37 thermocouples distribués sur sa hauteur et dans l’épaisseur des pièces. Les douze goujons du couvercle sont équipés de jauges de déformation destinées à mesurer l’évolution de leur tension. L’essai est modélisé par des simulations multiphysiques du robinet complet en 3D, enchaînant les calculs d’écoulement, des champs de température, puis des champs de déplacement et de contraintes dans le robinet. La confrontation des résultats de calcul avec les mesures montre l’importance de la représentation des échanges thermiques résultant de l’écoulement dans les interstices laissés par les jeux fonctionnels entre les pièces internes situées sous le couvercle. Leur prise en compte est déterminante pour calculer les variations de serrage de l’assemblage lors des chocs thermiques.

En zones difficiles, la pérennité des systèmes d’élevage repose sur la capacité des animaux à survivre, se reproduire et maintenir un niveau de production en situation de fortes contraintes. Les principales contraintes auxquelles les animaux doivent faire face en régions chaudes, sont le climat (température et humidité), la sous-nutrition et les pathologies. Chez les monogastriques comme chez les ruminants, les caractéristiques anatomiques et le comportement alimentaire constituent les principaux facteurs de régulation des échanges thermiques. L’élément clé de l’adaptation comportementale des ruminants à la sous-alimentation est leur capacité à choisir leur alimentation. L’adaptation physiologique porte sur la réduction du métabolisme basal, l’efficience digestive, la valorisation de fourrages grossiers, la mobilisation des réserves corporelles, le recyclage des nutriments et la valorisation efficiente de l’eau. Les travaux les plus significatifs sur la résistance génétique aux maladies portent sur la trypanotolérance, la résistance aux maladies transmises par les tiques et les strongyloses gastro-intestinales. Dans l’élevage moderne, la gestion de ces contraintes environnementales doit se concevoir de façon intégrée. Différentes techniques d’alimentation, de prophylaxie, de gestion d’ambiance des bâtiments d’élevage doivent être combinées pour garantir durablement la pérennité des systèmes d’élevage. Cependant, l’efficacité de cette approche intégrée repose également sur le potentiel adaptatif des animaux pour répondre aux pratiques mises en œuvre. Le développement des productions animales en régions chaudes ne pourra être garanti sans l’utilisation de l’adaptation naturelle des populations animales ou pour le moins, sans inclure les caractères d’adaptation dans les objectifs de sélection des races locales ou spécialisées.

Résumé La spectroscopic photoacoustique permet la détection de la chaleur émise lors de désactivations thermiques suite à l’absorption, par un échantillon, de la lumière monochromatique modulée. En faisant varier la longueur d’onde du faisceau d’analyse, nous obtenons un spectre comparable à celui obtenu par la spectroscopic d’absorption. La spectroscopic photoacoustique possède l’avantage d’être applicable aux échantillons dont les propriétés optiques ne se prêtent pas aux techniques spectroscopiques conventionnelles, par exemple dans le cas des algues unicellulaires. Cette technique permet, en plus de l’analyse spectrale, la mesure de l’activité photosynthétique d’échantillons sains ou soumis à divers agents environnementaux (polluants, chaleur, …). Des résultats obtenus avec Anacystis nidulans, Phaeodactylum tricornutum et Pisum sativum sont présentés dans le présent travail. Nous croyons que les possibilités de la spectroscopic photoacoustique sont suffisantes pour susciter l’intérêt des chercheurs dans le domaine de la toxicologie et en particulier dans l’évaluation des dangers environnementaux reliés à l’utilisation des substances toxiques.

La technologie des géostructures énergétiques consiste à adapter les structures géotechniques, comme les pieux de fondation, les parois moulées ou les tunnels, afin de les transformer en échangeurs de chaleur avec le sol. De fait, ce sont des systèmes géothermiques à basse enthalpie, avec le gros avantage de réduire les coûts initiaux d’installation grâce à l’utilisation des structures géotechniques qui seraient réalisées dans tous les cas. Les échanges de chaleur entre la géostructure et le sol induisent des variations de température cycliques sur les deux, et l’efficacité du système doit répondre à la fois à des critères énergétiques (bonne production de chaleur ou de froid) et géotechniques-structurels (analyse des contraintes et déformations thermiques du sol et de la structure en béton), qui dépendent fortement des conditions locales du site accueillant la construction. Il s’agit donc d’un système complexe avec un comportement dépendant de différents phénomènes thermiques, hydrauliques et mécaniques, éventuellement couplés, à la fois dans le sol et dans la structure. Dans un premier temps, une vue globale des différents aspects qui jouent un rôle important dans le comportement géotechnique et énergétique des géostructures thermoactives est présentée, depuis l’échelle de l’élément de sol jusqu’à celle de l’ouvrage. Ensuite, un cas récent d’application de la technologie aux parois moulées de la gare Jules Ferry de Rennes, en France, est décrit et analysé. D’abord, les premières mesures des Tests de Réponse Thermique Opérationnels (T.R.T.O.) réalisés sur le site d’étude sont discutées. Ensuite, l’analyse porte sur les résultats de la modélisation thermo-hydraulique (TH) par éléments finis du cas d’étude et la comparaison avec les mesures in situ. Le modèle numérique permet de reproduire correctement les données expérimentales quand un écoulement souterrain est pris en compte. Les résultats montrent une bonne efficacité énergétique de la technologie qui se confirme très prometteuse.

Le comportement d'un empilement multicouche interférentiel soumis à une sollicitation extérieure, de type thermique ou mécanique, est devenu un point critique, au regard des exigences de stabilité de plus en plus sévères exprimées aujourd'hui sur les performances des empilements. Afin de prédire de manière rigoureuse et précise l'évolution de ces performances optiques sous sollicitation, quelle que soit la formule de l'empilement, il est nécessaire de connaître les variations de l'indice de réfraction n et de l'épaisseur e de chaque couche, de chaque matériau, de l'empilement. Cela implique la connaissance des paramètres permettant de décrire ces variations, à savoir le coefficient d'expansion thermique a, le coefficient de Poisson n, le coefficient de dépendance de l'indice de réfraction avec la température b, et enfin les coefficients élasto-optiques p11 et p12. Cependant, si l'effet global d'une sollicitation est mesurable sur un empilement complet, ces coefficients sont quasi inconnus au niveau d'une couche mince individuelle tant le même effet devient faible sur une couche de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur. Pour mesurer ces paramètres à ce niveau élémentaire, nous présentons une méthode optique basée sur l'utilisation d'un interféromètre de Fabry-Perot comportant une couche du matériau à caractériser, soumis à un échelon de température. L'étude se scinde selon deux axes. Le premier, purement optique, s'intéresse particulièrement au principe de la mesure et à la stabilité de la méthode face aux erreurs et aux bruits de mesures. Le second, purement mécanique, montre comment s'affranchir des inévitables déformations mécaniques des lames de l'interféromètre soumis à la sollicitation thermique, ce qui est indispensable pour parvenir à la mesure des coefficients recherchés. La réunion de ces deux axes a permis de finaliser la méthode de mesure et de concevoir puis réaliser un banc expérimental ayant une résolution en longueur d'onde inférieure au picomètre, dédié à l'extraction de ces paramètres avec la précision requise. Nous en présentons les premiers résultats expérimentaux dédiés à montrer la faisabilité de la mesure.

Les nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux sont devenus durant ces trente dernières années une classe de matériaux pouvant adresser de nouvelles solutions technologiques pour un grand nombre d’applications : diodes électroluminescentes, panneaux solaires, photodétecteurs infrarouges, systèmes d’imagerie médicale, etc. Néanmoins ces nanocristaux sont confrontés à une faible stabilité de leurs propriétés opto-électroniques face à des contraintes externes (chaleur, lumière, humidité, oxygène), limitant leur utilisation dans de nombreuses applications. Il est donc aujourd’hui nécessaire d’étudier les phénomènes physico-chimiques à l’origine des dégradations des nanocristaux sous contraintes externes et de proposer des solutions pour améliorer leur stabilité. L’objectif premier de cette thèse a été de développer une encre de quantum dots de sulfure de plomb (QDs PbS) pour une intégration dans un photodétecteur proche infrarouge, avec des propriétés opto-électroniques stables sous contrainte thermique (150 °C pendant 3 h). Une étude sur des films de QDs PbS stabilisés par des ligands halogénés, NH4I et PbX2 (X = I, Br), a d’abord été réalisée. Les propriétés optiques et de photoconductions se dégradent rapidement sous l’effet de la chaleur, principalement à cause de la formation d’une phase parasite de Pb5S2I6 et à la coalescence des nanocristaux. Une encre de QDs PbS stabilisés par des précurseurs de pérovskite de CsPbI3 a par la suite été développée. Cette formulation permet d’obtenir des films de nanocristaux plus stables thermiquement, avec des propriétés optiques, structurales et de photoconductions mieux conservées. Ces films de QDs PbS-CsPbI3 ont pu être intégrés dans un photodétecteur proche infrarouge (940 nm) type photodiode, démontrant une efficacité quantique externe de près de 49 % et un courant d’obscurité de 10-5 A/cm2, après avoir subi le traitement thermique de 150 °C pendant 3 h. En dernier lieu, une méthode d’encapsulation par atomisation-séchage de nanocristaux de pérovskite CsPbBr3 dans des billes de polymère acrylates est présentée. Les billes composites possèdent un rendement quantique de photoluminescence de 35 % avec un pic de fluorescence à 518 nm et une largeur à mi-hauteur de 22 nm. L’encapsulation des nanocristaux permet une amélioration de leur photostabilité, avec une émission stable après 200 h sous illumination continue dans un dispositif convertisseur de lumière LED/nanocristaux
Colloidal semiconductor nanocrystals have become during the last thirty years a class of materials that can address new technological solutions for many applications, such as light emitting diodes, solar cells, infrared photodetectors, medical imaging systems, etc. Nevertheless, these nanocrystals suffer from poor stability against external stress (heat, light, humidity, oxygen), limiting their use in many applications. Today, it is therefore necessary to study the physicochemical phenomena at the origin of their degradation and to propose new solutions to improve their stability. The main objective of this thesis was to develop an ink of lead sulfide quantum dots (PbS QDs) for a near-infrared photodetector, with stable optoelectronic properties under thermal stress (150 °C for 3 h). The manuscript first presents a study of nanocrystals films made of PbS QDs capped with halide ligands, NH4I and PbX2 (X = I, Br). The optical and photoconductive properties degrade rapidly under the effect of heat, mainly because of the formation of a Pb5S2I6 parasitic phase and of the coalescence of the nanocrystals. An ink of PbS QDs stabilized by CsPbI3 perovskite precursors was subsequently developed. This formulation provides more thermally stable nanocrystal films with better preserved optical, structural and photoconductive properties. These PbS-CsPbI3 QDs films were integrated into a near-infrared (940 nm) photodiode-type photodetector, demonstrating an external quantum efficiency of nearly 49% and a dark current of 10-5 A/cm2, after undergoing the thermal treatment of 150 °C for 3 h. Finally, a spray-drying polymer encapsulation method for CsPbBr3 perovskite nanocrystals is presented. The composite beads, made of acrylate-based polymers, possess a photoluminescence quantum yield of 35% with a fluorescence peak at 518 nm and a half-value width of 22 nm. The encapsulation of the nanocrystals allows an improvement of their photostability, with a stable green emission after 200 h under continuous illumination in an LED/nanocrystal downconverter device

Les couches minces utilisees pour le traitement des dispositifs optiques sont generalement contraintes. Ces contraintes residuelles peuvent aboutir a l'instabilite mecanique du composant (propagation de fissures, decollement) et sont a l'origine de la deformation des pieces optiques. Ce travail apporte une contribution a la connaissance des mecanismes fondamentaux de generation des contraintes residuelles dans les couches minces optiques. L'etude comparee de couches minces d'oxydes (sio#2, zro#2, hfo#2, sio#xn#y) obtenues par trois techniques de depot differentes (evaporation reactive, evaporation assistee par faisceau d'ions et pulverisation par faisceau d'ions avec croissance de la couche assistee par bombardement d'ions) a permis de souligner la diversite des mecanismes de generation des contraintes residuelles et leur evolution avec l'energie des particules qui participent au processus de croissance des couches. Pour chacune de ces techniques, les parametres et processus fondamentaux qui determinent l'etat de contrainte intrinseque de la couche mince ont ete identifies. Le developpement d'une methode de caracterisation in situ des contraintes sous vide ou en fonction de la temperature a par ailleurs permis de mettre en evidence l'influence sur les contraintes de la fixation des molecules d'eau dans les couches. A partir des resultats acquis sur les couches elementaires, diverses methodes sont alors proposees pour la realisation de traitements multicouches complexes, mecaniquement stables et a planeite controlee

La théorie de la rigidité permet de prédire l'évolution en fonction de la composition de nombreuses propriétés des verres, en réduisant la structure moléculaire de ces derniers à de simples treillis mécaniques pouvant être flexibles, isostatiques ou rigides sur-contraints. Originellement développée pour les chalcogénures à température nulle et pression ambiante, cette théorie a été peu à peu étendue. Dans cette thèse, nous nous proposons d'établir une méthode générale d'analyse des contraintes topologiques par dynamique moléculaire, dans le but de pouvoir étudier la rigidité de systèmes plus complexes ou soumis à de nouvelles conditions thermodynamiques. Nous montrons ainsi que notre algorithme permet d'étudier aussi bien la rigidité des chalcogénures que des verres d'oxyde tout en offrant une image intuitive de la nature des contraintes à l'échelle atomique. Nous montrons également qu'il est possible de suivre le comportement de ces dernières en fonction de la composition, de la température et de la pression. Cette méthode permet de suivre en fonction de la composition les transitions de rigidité au sein des systèmes ainsi que de mettre en évidence l'existence de phases intermédiaires. Nous rapportons également l'existence d'une phase intermédiaire induite par la pression et montrons que cette dernière présente les mêmes signatures dynamiques et structurales que la phase intermédiaire traditionnelle en composition. Enfin, nous mettons en évidence le caractère fortement hétérogène des contraintes topologiques au sein du réseau vitreux
Rigidity theory allows to predict the compositional behavior of many properties in glasses, while only considering their underlying network structure as simple mechanical trusses that can be flexible, isostatic or stressed-rigid. Initially developped for chalcogenide glasses at zero temperature and ambient pressure, this theory has been progressively extended. In this thesis, we present a general method to analyze topological constraints from molecular dynamics simulations, this in order to be able to study the rigidity of more complex systems or experiencing new thermodynamical conditions. Thus, we show that our algorithm allows to study the rigidity of chalcogenide glasses as well as oxide glasses, while offering a clear picture of the nature of the constraints at an atomic level. We also show that it makes it possible to follow their behavior with respect to composition, temperature and pressure. This method allows to track compositional rigidity transitions in systems and to highlight the existence of intermediate phases. We also report the existence of a pressure-induced intermediate phase and show that it is characterized by the same dynamical and structural signatures as usual intermediate phases driven by composition. Finally, we point out the strongly heterogeneous distribution of the constraints in the glassy network

Les sollicitations auxquelles sont soumis les vehicules dans le monde de l'aeronautique sont de plus en plus severes. On s'interesse au choc thermique qui affecte une partie de structure, comme par exemple un empennage durant une phase de rentree atmospherique ou d'acceleration rapide. Pour cela, on etudie la reponse de plaques, homogenes ou composites, soumises a un echelon de flux de chaleur, normal ou parallele. Nous privilegions les composites ti-6al-4v/sic qui ont un fort potentiel dans l'aeronautique. Nous presentons des resultats analytiques, numeriques et experimentaux. Nous avons en general considere des lois de comportement simples en thermoelasticite lineaire. Nous etudions le cas d'une plaque homogene pour un materiau orthotrope en caracterisant l'evolution du champ de temperature et la reponse mecanique de la plaque. Nous etendons ces resultats au cas d'une plaque composite en indiquant la possibilite d'utiliser les proprietes equivalentes du composite et les risques rencontres quand la plaque composite comporte peu de fibres dans l'epaisseur. Aussi, nous presentons des resultats obtenus a l'echelle locale. Dans le cas ou la repartition des fibres dans le composite presente une dissymetrie dans l'epaisseur, nous tenons compte de l'effet bilame a travers un terme supplementaire de courbure. Un montage experimental a permis de mesurer la temperature moyenne et la courbure d'une plaque soumise a un creneau de flux de chaleur. On trouve un bon accord entre la theorie et l'experience, aussi bien pour des plaques homogenes de ti-6al-4v que pour des plaques composites de ti-6al-4v/sic. Pour des flux intenses, des experiences de choc thermique en four solaire ont montre que, malgre un endommagement localise caracterise par des decohesions et des fissures, qui s'expliquent par l'existence de contraintes dues a la difference des coefficients de dilatation thermique entre la fibre et la matrice, les ti-6al-4v/sic ont une bonne tenue au choc thermique.

Les optiques multicouches pour rayons-X sont généralement constituées de centaines de périodes de couches alternées. L'épaisseur d'une période est de quelques nanomètres. Une multicouche est souvent déposée sur un substrat de silicium avec une taille typique de 60 × 60 × (60~300) mm3. Le rapport de dimensions (~107) entre la taille de l'optique et de l'épaisseur de l'empilement est très élevé et il peut conduire à un très grand nombre d'éléments (~1016). Certains éléments spéciaux avec fonctions de couche sont disponibles dans ANSYS (de 2011), ce qui signifie que les propriétés de chaque couche peuvent être définies. Par l'utilisation des éléments nommés « layer-functioned », le modèle d'analyse thermique-structurelle a été mise en œuvre pour les optiques multicouches. Le nombre d'éléments est réduit par un facteur supérieur à 30 et le nombre effectif de sous-couches gérables par les ordinateurs actuels augmente beaucoup. Basé sur la modèle d'éléments finis de l'optique multicouche, la distribution tridimensionnelle non-uniforme de température peut être simulée avec des paramètres variables de charge thermique, de conditions de refroidissement, de propriétés des matériaux, de géométries du substrat et des films de revêtement. Les contraintes et déformations thermiques peuvent être résolues quantitativement.Des miroirs à réflexion totale et des monochromateurs multicouches refroidis à l'eau et à l'azote liquide ont été étudiés avec des paramètres typiques de charge thermique, de refroidissement et de géométrie. Les effets de refroidissement de l'optique et de la charge thermique du faisceau de rayons-X ont été décrits. Il est montré que les influences de la température sur le revêtement et la déformation sont négligeables. La contrainte dans le substrat n'est que légèrement augmentée (<0.1%). Cependant, des fortes contraintes sont induites dans les couches en raison de la différence de CTE, ce qui peut être critique pour la survie de l'optique. Pour la condition de refroidissement à l'eau, la couche est sous contrainte de compression de plusieurs dizaines de MPa, ce qui est normalement inférieur à la résistance du matériau de la couche. Pour la condition de refroidissement à l'azote liquide, cependant, une grosse contrainte de traction de plusieurs centaines de MPa apparait dans la couche lorsque l'optique est refroidie jusqu'à la température de l'azote liquide (80 K). Cette contrainte de traction peut dépasser la résistance à la traction (UTS) pour certains types de matériaux de couche. La contrainte thermique dans l'optique multicouche dépend de la différence de CTE entre le matériau de la couche et le matériau du substrat, mais elle est indépendante de la différence des CTE entre les différentes sous-couches. En principe, pour minimiser la contrainte thermique, le matériau de revêtement doit avoir un CTE proche de celle du substrat, un module de Young et un coefficient de Poisson plus petits. En outre, une grande résistance du matériau de la couche est bénéfique pour sa capacité à résister à la contrainte thermique.Pour obtenir des informations appropriées sur le comportement des multicouches sous l'influence de la charge thermique, des propriétés telles que le module de Young, le ratio entre CTE et module de Poisson des multicouches sont déterminés indirectement en mesurant la variation de la courbure due au changement de température. Des couches simples de B4C, Pd et Cr et des multicouches [Pd/B4C] d'épaisseurs de l'ordre du nanomètre sont préparées et mesurées. Les résultats expérimentaux montrent que tous les matériaux étudiés présentent un CTE et/ou un module de Young inférieur par rapport aux données dans la littérature. Cela est particulièrement vrai pour les couches minces de B4C. Par conséquent, la contrainte thermique réelle et la contrainte dans les couches de revêtement d'un miroir ou de multicouches optiques sont sensiblement plus petites que les résultats calculés avec les propriétés des matériaux massifs
Multilayer optics for X-rays typically consists of hundreds of periods of alternating sub-layers coated on a silicon substrate. The thickness of one period of sub-layers is a few nanometers. The silicon substrate is typically a block of 60 mm large, 60 mm wide and 60 to 300 mm long. The high aspect ratio (~107) between the size of the optics and the thickness of the multilayer can lead to a very large number of elements (~1016) for the numerical simulation (by FEA). Some special layer-functioned elements have been developed recently (in 2011) in ANSYS, which means the properties of each layer can be explicitly defined. In this work, the thermal-structural analysis model has been implemented for multilayer optics by use of these layer-functioned elements. The number of meshed elements is considerably reduced by a factor of more than 30 and the number of sub-layers feasible for the present computers is increased significantly. Based on the finite element model of multilayer optics, the non-uniform three-dimensional temperature distribution can be simulated with variable heat load parameters, cooling conditions, material properties and geometries of the substrate and the coating films. The thermal stress and deformation can be solved quantitatively.Single layer coated mirrors and multilayer monochromators cooled by water or liquid-nitrogen are studied with typical parameters of heat-load, cooling, and geometry. The effects of cooling-down of the optics and the X-ray beam heat-load are described. It is shown that the influences from the coating on temperature and deformation are negligible. The stress in the substrate is only slightly increased (<0.1%). However, large layer stresses are induced due to the different thermal expansion coefficients (CTE) between the layer and substrate materials, which are the critical issues for the survival of the optics. For the water cooling condition, the layer is under compressive stress of tens of MPa which is normally less than the strength of the layer material. For the liquid-nitrogen cooling condition, however, large tensile stress of several hundreds of MPa is formed in the layer as the optics is cooled more than 200 K down to the liquid-nitrogen temperature (80K). This tensile stress can exceed the ultimate tensile strength (UTS) for some kinds of layer materials. The thermal stress in multilayer optics depends on the difference in CTE between the layer material and the substrate material, but it is independent on the CTE difference between different sub-layers. In principle, to minimize the thermal stress, the coating material should have a CTE closer to that of the substrate, smaller Young's modulus and Poisson's ratio. Moreover, a higher strength of the layer material is beneficial for its ability to withstand the thermal stress.To acquire appropriate information about the behaviour of thin multilayer films under the influence of thermal loading, material properties such as Young's modulus, Poisson's ratio and CTE, of thin multilayer films are determined indirectly by measuring the curvature change due to uniform temperature change. B4C, Pd and Cr single layers and [Pd/B4C] multilayers of thicknesses in the nanometer range are prepared and measured. The experimental results show that all of the studied materials exhibit lower CTE and/or Young's modulus than expected from bulk data in the literature. This is particularly true for the thin B4C films. Therefore, the real thermal stress and strain in the coating layers of a mirror or multilayer optics are significantly smaller than the calculated results with bulk material properties.results with bulk material properties

Dans ce travail de thèse, nous avons développé et testé deux capteurs à fibres optiques intrinsèques et à modulation d'intensité, pour la mesure des contraintes mécaniques de compression et la détection des perturbations (vibrations, impacts et ondes acoustiques). Le capteur de contraintes est ponctuel. Il est basé sur le couplage de la lumière entre deux fibres optiques multimodes, faiblement fusionnées par la tranche et intégrées dans la résine époxyde. Les contraintes de compression appliquées sur le capteur induisent une augmentation de l'indice de réfraction des fibres optiques et notamment dans la zone de fusion. Ceci a pour effet le couplage de la lumière de la première fibre guidant la lumière a la seconde et qui est proportionnel à la contrainte extérieure appliquée sur le capteur. Ce capteur est dédié à la mesure des fortes valeurs de contraintes, pour les applications dans le domaine du génie civil. Le capteur de perturbations à fibre optique exploite le phénomène des interférences intermodales (bruit modal) dans les fibres optiques multimodes, guidant une lumière cohérente. C'est un capteur distribué et la fibre optique est sensible sur toute sa longueur. En effet, une fibre optique multimode guidant une lumière cohérente présente des fluctuations du déphasage entre les modes, en cas de perturbations. Afin de convertir les fluctuations de phase en une variation d'intensité, nous avons effectué un filtrage spatial, par le raccordement d'une seconde fibre ayant un diamètre du cœur plus petit que celui de la fibre sensible. Ce capteur à été intégré dans les matériaux composites utilisés en construction aéronautique et aérospatiale

Notre étude a pour objectif l’amélioration de la durée de vie des tubes d'armes. Leur paroi interne est soumise à des flux thermiques très intenses (de l'ordre du gw/m 2) durant quelques millisecondes. Ainsi leur surface est portée à une température de l'ordre de 1200\c. De ce fait, le revêtement de protection actuel (chrome électrolytique - cr el. ) développe un réseau de fissures et recristallise, le substrat en acier subissant une transformation martensitique (zat). Afin d’évaluer l’intérêt d'autres revêtements, nous développons une méthode d'essai produisant des chocs thermiques intenses et répétés et analysons, dans l'essai et sur le tube d'armes, le comportement de revêtements de cr el et pvd par simulation numérique. Nous tirons de la littérature, mesurons ou estimons les données nécessaires au calcul du champ de température et de contrainte dans un tel essai, à savoir, pour l'acier, les cr el. Et pvd, et un dépôt pvd de tungstène, l’évolution avec la température de la chaleur massique, de la conductivité thermique, du coefficient de dilatation thermique, du module d'young et de la limite d'élasticite. L'essai consiste à exposer cycliquement des éprouvettes au four solaire d'odeillo. A l'aide d’expériences et de simulations numériques, on détermine les conditions permettant de reproduire les endommagements du tube d'armes. Le flux est plus faible (12 mw/m 2) et doit être imposé pendant 1s. L'ensemble de l'approche est validée par comparaison des résultats des simulations avec les observations sur le plan thermique, de la profondeur de la zat. Sur le plan mécanique, le calcul fournit une déformation plastique et une tension résiduelle dans le cr el compatible avec les endommagements observes. Une étude numérique montre la nécessité d'une prise en compte réaliste de l’évolution avec la température des caractéristiques physiques et mécaniques des matériaux.

L’étude de la variation des propriétés de luminescence en fonction de la température est une méthode très prometteuse pour mesurer la température. Des études récentes ont montré que les nanomatériaux permettaient une détermination locale et sans contact de la température. Une telle mesure trouverait des applications dans de nombreux domaines comme la médecine, l’aéronautique, la marine ou dans la compréhension de mécanismes en catalyse. Les nanoparticules de composition ZnGa2O4:Cr3+ sont de potentielles candidates du fait de leur haute sensibilité sur une large gamme de température. En effet, le temps de vie de luminescence dépend drastiquement de la température puisque les deux niveaux émetteurs 4T2 and 2E sont en équilibre thermique. Dans ces travaux, les propriétés de luminescence des nanoparticules de 10 nm de diamètre sont dans un premier temps optimisées dans le but d’améliorer leurs performances en tant que capteur thermique. Par la suite, dans l’optique de générer une élévation locale de température, des nanobâtonnets d’or dont synthétisés. Sous excitation, ces nanoobjets sont capables d’induire une élévation de température grâce à leurs propriétés plasmoniques. Après calibration des nanocapteurs, et mise en évidence de l’élévation de température par le biais d’une caméra thermique, les nanosources de chaleur et les nanothermomètres sont mis en contact dans le même milieu. La variation de la réponse du nanothermomètre est très prometteuse, c’est pourquoi ce type de système permettant une élévation de température précise et contrôlée est envisagé pour des applications dans des traitements hyperthermiques
The study of the variation of luminescent properties with temperature is one of the promising way to measure temperature. Recent studies showed that luminescent nanomaterials allow a local and contactless temperature determination. This could be very useful in many applications like medicine, aeronautic, and marine or in the understanding of catalytic mechanism. ZnGa2O4:Cr3+ is a potential nanothermometer because of its high sensitivity on a large temperature range. Indeed, the luminescence lifetime is drastically dependent on temperature since the 4T2 and 2E emitted levels are in thermal equilibrium. In this study, we firstly optimized the luminescence properties of 10 nm in diameter nanoparticles with the aim of improving their capability as thermal nanosensor. In order to generate a local temperature increase, gold nanorods are then synthetized. Under an appropriate excitation, such gold nanoparticles may induce a heating due to their plasmonic properties. Once the calibration of the nanosensor is effective and the heat generation is highlighted by thermal camera pictures, both nanoheaters and nanothermometers were introduced in the same medium. The variation of the optical nanosensor response is promising. Thus this coupled system is considered as a potential candidate for hyperthermia treatments with a precise and controlled temperature

Les spectroscopies infrarouge et Raman décrites en détails dans les chapitres précédents permettent donc de caractériser finement les objets sondés. Si ces objets sont hétérogènes, cette caractérisation sera différente en fonction de l'endroit sondé. Plusieurs mesures ponctuelles permettront d'affiner la réponse, mais souvent, cette description restera incomplète. L'hétérogénéité peut être de différentes origines: échantillons constitués de différentes phases, différentes compositions moléculaires, gradients de concentration, variations locales de propriétés (contraintes mécaniques, indices optiques, température, etc.). Les spectroscopistes ont alors développé des techniques d’imagerie, qui trouveront naturellement leur intérêt dès lors que les hétérogénéités de compositions ou de propriétés ont des dimensions comparables aux résolutions spatiales de ces méthodes.