Dissertationen zum Thema „Modélisation par portique équivalent“

L'utilisation de nouveaux matériaux de construction à faible émission de carbone dans les zones sismiques nécessite l'évaluation de la ductilité de la structure afin de concevoir correctement le bâtiment. Le manque d'estimation précise de performance structurelle limite l'utilisation de matériaux de construction écologiques. Une méthodologie fiable est établie pour la conception sismique des bâtiments construits par matériaux géo-sourcés. En particulier, un projet pilote de bâtiment en blocs de terre comprimée (BTC) dans une zone sismique moyen-élevé dans le sud de la France est réalisé. Partant de la caractérisation expérimentale des paramètres mécaniques du matériau, l'approche de conception sismique se concentre sur les caractéristiques modales de la structure, la ductilité attendue du bâtiment et l'évaluation des performances sismiques en termes de déplacement et de force.Le modèle de portique équivalent adopté pour la conception structurelle de la maçonnerie porteuse est validé pour deux cas d'étude : un bâtiment en pierre naturelle et un bâtiment en BTC. Le processus de validation du modèle consiste en la comparaison des fréquences naturelles et des déformées modales obtenues par analyse modale numérique et opérationnelle. Dans ce contexte, une campagne de mesure fournit la réponse structurelle aux vibrations ambiantes. Les paramètres modaux et l'amortissement structurel sont ensuite obtenus par des outils d'identification structurelle. L'analyse modale met en évidence l'impact de la rigidité de la dalle en bois sur la réponse dynamique des bâtiments en maçonnerie. Il est montré qu'une dalle en bois plus rigide avec une couche de renforcement améliore le comportement structurel de la maçonnerie sous chargement sismique, conduisant à des déformées modales globales.La vérification de la stabilité de la structure du bâtiment à l'état limite de quasi-effondrement est réalisée en termes de rapport déplacement cible à capacité, mais il est suggéré de vérifier également en termes de force, car cela peut être plus restrictif dans certains cas et moins dépendant de la convergence des procédures numériques. Le coefficient de comportement dans les codes sismiques pour la conception des bâtiments est défini pour les matériaux de construction typiques sur la base de l'observation des dommages et des modèles numériques. Une évaluation spécifique est nécessaire lorsque de nouveaux matériaux de construction sont adoptés parce que les codes du bâtiment ne fournissent que des valeurs limites. Cette thèse propose une procédure d'estimation du coefficient de comportement appliquée aux bâtiments en maçonnerie géo-sourcés, mais elle pourrait être adoptée pour tout matériau de construction. La méthodologie proposée pour estimer le facteur de réduction de force, puis le coefficient de comportement, intègre à la fois la demande sismique et la capacité du bâtiment. Pour cette raison, cette méthodologie peut être considérée comme une approche basée sur la capacité et la demande. Une analyse quasi-statique non linéaire est couplée à des analyses dynamiques et le coefficient de comportement est obtenu sur une base statistique. Les résultats sont comparés avec les estimations obtenues en utilisant des approches basées sur la demande, la capacité et l'approche N2. L'impact de l'adoption d'un modèle de bâtiment tridimensionnel ou d'un système équivalent à un seul degré de liberté avec ces méthodologies est analysé.La méthode proposée basée sur la capacité et la demande fournit, avec un temps de calcul réduit, une estimation fiable du facteur de réduction de force, proche des valeurs obtenues en utilisant l'approche basée sur la capacité appliquée à un modèle de bâtiment tridimensionnel considéré comme référence. Par conséquent, compte tenu de leur fiabilité et de leur efficacité, la méthodologie proposée pour l'estimation du facteur de comportement est adaptée à la pratique professionnelle
The use of new low-carbon construction materials in seismic areas requires the assessment of the structure ductility in order to properly design the building. The lack of accurate structural performance estimation limits the use of green construction materials.A reliable methodology is established for the seismic design of buildings constructed using geo-sourced materials. In particular, a pilot project of compressed earth block (CEB) masonry building in a medium-high seismic hazard zone in Southern France is developed. Starting from the experimental characterization of material mechanical parameters, the seismic design approach focuses on the modal characteristics of the structure, the expected building ductility, and seismic performance assessment in terms of both displacement and force.The equivalent frame model adopted for structural design of load-bearing masonry is validated for two case studies: a rubble stone masonry building and a CEB masonry building. The model validation process consists of the comparison of natural frequencies and mode shapes obtained by both numerical and operational modal analysis. In this context, a measurement campaign provides the structural response to ambient vibrations and then, the modal parameters and structural damping are obtained by structural identification tools. The modal analysis highlights the impact of timber slab stiffness on the dynamic response of masonry buildings. It is shown that a stiffer timber slab with a reinforced topping improves the structural behavior of the masonry structure under seismic loading, yielding to global mode shapes.The stability verification of the building structure at the near collapse limit state is performed in terms of target to capacity displacement ratio, but it is suggested to verify also in terms of force, since it can be more restrictive in some instances and less dependent on the convergence of numerical procedures.The behavior factor in seismic codes for building design is defined for typical construction materials based on damage observation and numerical models. A specific assessment is needed when new construction materials are adopted because building codes provide only boundary values. This thesis proposes a procedure for estimating the behavior factor that is applied to geo-sourced masonry buildings, but it could be adopted for any construction material. The methodology proposed to estimate the force reduction factor, and then the behavior factor, integrates both the seismic demand and building capacity. For this reason, this methodology can be considered as a capacity-demand-based approach. A nonlinear quasi-static analysis is coupled with dynamic analyses and the behavior factor is obtained on a statistical basis. The results are compared with the estimations obtained using demand-based, capacity-based and N2-based approaches. The impact of adopting a three-dimensional building model or an equivalent single-degree-of-freedom system with these methodologies is analyzed.The proposed capacity-demand-based-method provides, with a reduced computation time, a reliable estimation of the force reduction factor, close to the values obtained using the capacity-based-approach applied to a three-dimensional building model that is considered as a reference. Consequently, considering their reliability and efficiency, the proposed methodology for the behavior factor estimation is suitable for professional practice

Dans le cadre de ce projet de maîtrise, le but principal était de poursuivre le développement d'un modèle de peau psoriasique reconstruit par génie tissulaire et de caractériser le rôle de l'innervation sensorielle dans le phénotype psoriasique de ces derniers. Le développement de cet équivalent vise avant tout à mieux comprendre la pathogénèse du psoriasis et potentiellement ouvrir la porte à de nouvelles voies thérapeutiques permettant de contrôler la maladie ou ses symptômes. Avec nos protocoles, nous avons pu démontrer que l'ajout d'innervation à un équivalent de peau reconstruit par génie tissulaire exacerbait le phénotype psoriasique en tout ou en partie. Jusqu'à présent, la caractérisation des cytokines étudiées dans nos protocole nous laisse croire que le facteur de croissance neuronal (NGF) est le principal médiateur de la prolifération kératinocytaire caractérisant les peaux psoriasiques.

En Génie Automatique, le GRAFCET [IEC 848] est couramment employé pour la modélisation de la dynamique des systèmes à événements discrets, en raison de ses capacités de modélisation et de son ergonomie. Cependant, il lui est reproché de ne pas être défini de manière suffisamment formelle pour que tous les grafcets établis soient sans ambigüité et puissent être validés. L'objectif des travaux est double : contribuer à la formalisation du GRAFCET de manière à renforcer ses fondements théoriques et offrir à tout analyste les moyens nécessaires pour valider une modélisation exprimée en GRAFCET en vérifiant les propriétés des modèles et leur comportement par rapport à leurs entrées/sorties. Le GRAFCET étant une machine d'état complexe - essentiellement à cause des parallélismes importants qu'il permet de décrire - nous proposons à l'analyste d'utiliser le graphe des situations accessibles, ou grafcet d'état équivalent pour valider sa spécification. Nous avons conçu une technique de génération automatique du graphe des situations accessibles d'un grafcet global (qui est un automate fini «équivalent»), de manière à pouvoir établir un ensemble de preuves et propriétés sur la cohérence intrinsèque du grafcet et sur sa pertinence par rapport au cahier des charges. Une algèbre de Boole, dans laquelle la notion de fronts a été formalisée par deux opérateurs unaires a été construite. Les 14 propriétés qui ont été démontrées ont permis d'établir un module de calcul symbolique utilisé pour tenir compte de l'historique des évolutions des entrées. Nos travaux intègrent les extensions du modèles GRAFCET. Pour valider notre approche, une maquette informatique en C a été développée et permet de calculer l'automate équivalent au grafcet à valider. Nous utilisons pour vérifier certaines propriétés l'outil MEC développé pour l'étude des systèmes de transitions. Deux exemples de validation de grafcets par analyse de leur automate sont donnés dans le mémoire.

Des méthodes de dimensionnement parasismique récentes reposent sur la prédiction de quantités locales dans les analyses sismiques non-linéaires. Dans ce contexte la modélisation de l'amortissement avec un modèle visqueux est un point faible. Cette thèse porte sur le développement d'une représentation physique des sources d'amortissement matérielles dans les éléments structuraux des portiques en béton armé (BA). Nous avons formulé et implanté dans un code de calculs par éléments finis (EF) un nouvel élément de poutre multifibre basé sur une cinématique de Euler-Bernoulli enrichie par des sauts de déplacement, et une nouvelle loi de béton robuste capable de représenter les principales sources de dissipation matérielles. Le modèle de matériau a été développé dans le cadre donné par la thermodynamique avec variables internes et une méthode des EF mixte a été retenue pour l'implantation numérique. Les simulations numériques faites avec cet élément multifibre montrent que des sources de dissipation autres que matérielles devraient être ajoutées dans les modèles et que ce nouvel élément est capable de simuler l'évolution non-linéaire d'un portique en BA en un temps de calcul satisfaisant.

Les départements de conception de pièces industrielles ont de plus en plus à modéliser de grandes structures contenant un nombre important de points d'assemblage (ex : avion, pont, rails, etc.). Cependant, exécuter des simulations avec une représentation explicite de chaque point d'assemblage reste à ce jour inenvisageable : problèmes numériques liés aux nombreux problèmes non-linéaires locaux à résoudre (contact, plasticité, endommagement), temps calculs et besoins mémoires trop importants, etc.). Afin de garder des temps de calcul raisonnables, une méthodologie visant à représenter en 3D le point d'assemblage de manière simple, tout en restant physiquement représentatif de la réalité, est nécessaire. Les travaux de cette thèse portent sur la mise au point d'une méthodologie basée sur une méthode innovante en éléments finis pour représenter de manière précise un point d'assemblage par déformation plastique (rivet, point clinché, vis, etc.) en prenant en compte le passé thermomécanique issu de la pose de ce point. Ces travaux sont réalisés sous FORGE et seront à terme développé dans la Cimlib. Plusieurs représentations du point d'assemblage sont proposées, notamment une représentation virtuelle, élaborée à partir des éléments finis définis par défaut lorsque deux plaques sont mises en contact. Le but d'un tel élément équivalent est de modéliser le comportement mécanique du point d'assemblage aussi précisément que possible selon six sollicitations mécaniques de base. Pour ce faire, le comportement équivalent optimal est identifiée à l'aide des courbes F/d et C/a des différentes sollicitations obtenus à l'aide d'un modèle complet numérique intégrant un comportement élasto-plastique. Une loi d'évolution de l'endommagement équivalent est aussi développée dans l'élément équivalent virtuel pour modéliser la rupture du point d'assemblage. Cette approche peut être assimilée à un problème d'optimisation où une fonction coût, définissant l'écart au sens des moindres carrés entre les deux courbes F/d ou C/a des modèles complet et équivalent, doit être minimisée. Une approche par Stratégie d'Evolution avec Métamodèle a été testée et s'est avérée fructueuse. Enfin, une synthèse du modèle équivalent virtuel vers un modèle simplifié utilisant un élément connecteur– plus rapide encore mais moins précis – est présentée. Toutes ces représentations sont validées sur des assemblages multipoints en comparant les résultats obtenus à la fois au modèle complet numérique et à des essais expérimentaux.

La connaissance et la maîtrise des régimes transitoires qui apparaissent et se propagent sur les réseaux et dans le matériel électrique (transformateurs, parafoudres,. . . ) est un problème d'actualité. Relié au réseau électrique, un transformateur peut subir différents types de surtensions dont la connaissance permet d'évaluer les contraintes auxquelles sont soumises les isolations internes. La modélisation du comportement à haute fréquence d'un transformateur industriel de type cuirassé, nous a conduit à élaborer un schéma électrique équivalent à constantes localisées et à paramètres constants, qui sont déterminés d'une manière précise en tenant compte de la géométrie réelle du transformateur. La méthode des éléments finis bi et tri-dimensionnel: en électromagnétique, nous a semblé intéressante à utiliser puisqu'elle est basée sur la détermination du champ électromagnétique régissant tout le comportement du transformateur. Cette méthode a été utilisée pour calculer les paramètres capacitifs, inductifs et résistifs du schéma équivalent, respectivement en électrostatique, magnétostatique et magnétodynamique. Différents éléments spéciaux en 3D ont été utilisés pour évaluer les courants de Foucault dans les régions minces du transformateur (la cuve, le circuit magnétique et les écrans électrostatiques). On a pu montrer que ces courants affectent les valeurs des paramètres relatifs aux parties du bobinage qui leur sont géométriquement proches. Une fois les éléments du schéma équivalent calculés, nous avons effectué un calcul temporel et fréquentiel afin de déterminer les fréquences propres du transformateur. Nous avons pu valider notre modèle dans une gamme de fréquences allant de 40 kHz à 600 kHz. Les fréquences de résonances calculées, sont en bon accord avec celles mesurées

Au cours des dernières années, il est devenu possible de réaliser des absorbants acoustiques dont la géométrie était difficile à produire auparavant, grâce au perfectionnement des techniques d’impression 3D. La facilité d’utilisation et les prix abordables de ces techniques permettent d’imaginer la conception de dispositifs absorbants sur mesure pour répondre à une demande spécifique très rapidement. Cela nécessite d’une part de pouvoir imprimer précisément les géométries conçues et d’autre part de pouvoir prédire la performance acoustique des matériaux imprimés dans la configuration souhaitée. Les objectifs de cette thèse sont d’étudier l’effet de la variabilité des dimensions d’échantillons produits par impression 3D sur la performance acoustique et d’examiner différentes méthodes pour prédire la performance acoustique allant d’approches microscopiques complètes mais coûteuses, à des approches macroscopiques rapides mais simplifiées. La stéréolithographie a été choisie pour imprimer les échantillons à la suite d’une revue des moyens d’impression évalués dans la littérature. Les géométries étudiées consistent en un empilement de volumes (sphériques ou cubiques), reliés dans les trois directions de l’espace par des canaux à l’image de cristaux cubiques. Une variante à double réseau permet également d’ouvrir quelques pistes en vue d’une optimisation des performances acoustiques. Pour étudier l’effet de la variabilité, un grand nombre d’échantillons a été fabriqué avec différents jeux de paramètres d’impression et les dimensions caractéristiques des échantillons produits ont été mesurées. Un choix judicieux des paramètres permet de réduire la dispersion. La pertinence d’une approche fluide équivalent est montrée : elle permet de reproduire fidèlement et à coût réduit les résultats d’une approche directe résolvant les équations de Navier-Stokes linéarisées dans les pores des échantillons. Dans cette approche, les paramètres JCAPL des fonctions du fluide équivalent sont identifiés à partir d’un volume élémentaire représentatif de l’échantillon. Les échantillons sont d’abord étudiés en incidence normale. Le caractère très résonnant des matériaux rend le coefficient d’absorption très sensible à tout écart entre les dimensions cibles et les dimensions effectivement réalisées. Il en est ainsi pour les dimensions intérieures (diamètre des sphères ou des canaux) et pour le diamètre propre de l’échantillon. La nature rigide des échantillons produits par impression 3D rend très délicate leur adaptation stricte au diamètre du tube de Kundt. Les résultats de la mesure et les prédictions sont cependant globalement en bon accord et confirment dans ce cas classiquement traité dans la littérature, la validité du modèle de fluide équivalent. Des échantillons ont été ensuite réalisés spécifiquement pour être testés en paroi de conduit, par mesure de la perte par transmission. Les résultats expérimentaux confirment là aussi la pertinence de l’utilisation de l’approche fluide équivalent pour prédire les performances de ce type de matériau dans des conditions moins classiques
Conventional rigid porous materials such as wools or foams do not provide effective absorption at low frequencies in complex industrial environments. For these applications, the structures developed are generally quarter-wave resonators or Helmholtz resonators. In recent years, 3D printing techniques have made it possible to produce resonator geometries that were previously difficult to produce. The ease of use and affordability of these techniques means that it is now possible to create tailor-made absorbing devices to meet specific requirements very quickly. This long-term objective requires, on the one hand, validation of the reliability of the dimensions obtained during the production of absorbent structures and, on the other hand, the ability to effectively model a variety of geometries in different contexts. In this thesis, stereolithography was chosen to print the samples based on literature results. Studies have concluded that it is more accurate for acoustic devices than other techniques. The geometry chosen for this study consists in a stack of volumes (spherical or cubic), connected in the three directions of space by channels in the image of cubic crystals. A large number of samples were manufactured varying the production parameters in order to measure the variability of the characteristic dimensions of the samples. Among the various modelling approaches presented, the numerical tests carried out led to the choice of equivalent fluid modelling based on the identification of JCAPL parameters. They are identified in a representative volume homogenised throughout the sample. This homogenisation of behaviour is suited to the geometries studied because of their periodic nature. The reaction of the geometries we are considering makes impedance modelling impossible. The samples are first studied at normal incidence, in order to link the variability of realisation to the measured acoustic behaviour. The measurement results and the predictions are in good agreement. Some samples were made specifically for duct wall measurement, in order to validate the use of the equivalent fluid approach. These tests were also used to confirm the conclusions drawn for normal incidence. The variability of the geometry has a real impact on the acoustic behaviour, but the main problem with rigid 3D printed samples is their adaptation to the measurement benches

On s'intéresse dans ce travail au problème de propagation acoustique dans des guides à parois traitées avec des matériaux absorbants à réaction localisée ou non localisée en présence d'écoulement. En effet, dans les systèmes industriels comme les turboréacteurs d'avions, les silencieux d'échappement et les systèmes de ventilation, le bruit est le plus souvent canalisé vers l'extérieur par des guides de géométries plus ou moins complexes. Une étude des guides d'ondes permet donc de prédire et de comprendre les phénomènes physiques tels que la réfraction, la convection, l'absorption et l'atténuation des ondes. Dans l'étude des guides d'ondes, on considère souvent qu'ils sont infiniment longs afin de s'affranchir de certains phénomènes (réflexion par exemple) à leurs extrémités. Résoudre le problème de propagation dans les guides infinis par la méthode des éléments finis nécessite de tronquer le domaine infini par des frontières artificielles sur lesquelles des conditions limites transparentes doivent être écrites. Dans ce travail, les conditions limites transparentes sont écrites sous forme d'un opérateur Dirichlet-to-Neumann (DtN) basé sur une décomposition de la pression acoustique sur la base des modes propres du guide étudié tout en prenant en compte l'influence des paramètres comme l'écoulement et le traitement acoustique avec des matériaux absorbants. La propagation acoustique dans le guide est régie par un modèle scalaire basé sur l'équation de Helmholtz et les matériaux absorbants utilisés sont des matériaux absorbants d'impédance locale Z et des matériaux poreux. Nous nous sommes intéressés en particulier aux matériaux poreux ? squelette rigide que l'on modélise par un fluide équivalent car la propagation acoustique dans ces matériaux est aussi gouvernée par l'équation de Helmholtz comme dans un milieu fluide. Des résultats d'étude de la propagation acoustique dans des guides rectilignes uniformes traités en présence d'un écoulement uniforme ont permis de valider la méthode développée pour tronquer les domaines infinis. L'étude a aussi été menée avec succés pour des guides non uniformes traités en présence d'un écoulement potentiel.

L’objectif de cette thèse est la conception de biocapteurs capables de détecter la présence de séquences d’ADN sans utilisation de marqueurs chimiques ou de traitement préalable de l’échantillon. Le principe de mesure utilise la spectroscopie d’impédance pour la détection du changement provoqué par la présence de la séquence ADN sur le biocapteur. Notre étude s’appuie sur des simulations analytiques et numériques pour définir les dimensions des capteurs adaptés aux mesures en basse fréquence ainsi que le développement d’un modèle de circuit équivalent qui prend en considération les effets d'interfaces. La fabrication du capteur a été réalisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, la conception et la fabrication en salles blanches ont été optimisées pour des structures interdigitées avec différentes géométries et différents types de substrat (Verre, Si, SiO2). Après la validation du modèle, par des mesures sur des solutions de conductivité étalon et sur plusieurs concentrations d’ADN, l’analyse des résultats nous a conduits à proposer une nouvelle structure à électrodes concentriques mieux adaptée aux mesures d’impédance en basses fréquences pour des milieux liquides. Deux prototypes de taille micrométriques, l’un à électrode interdigitée et l’autre à électrode concentrique ont été développés pour une étude comparative
The objective of this thesis is the conception of a biosensor able to detect the presence of DNA sequences without any use of chemical markers or a prior treatment of the samples. The measurements are performed using impedance spectroscopy technique to detect the changes caused by the presence of DNA sequences on the biosensor. Our study is based on analytic and numeric simulations, which allows us to define the dimensions of the sensors adapted to low frequency measurements and to propose an equivalent circuit model taking into account the effects of the electrical double layer. The sensor was manufactured in several steps. Initially, clean room design and manufacturing were optimized for interdigitated structures with different geometries and substrate types (Glass, Si, SiO2). The data analysis of the measurement on standard conductivity and on several DNA concentrations using interdigitated electrode biosensor, allows us to propose a new design with concentric electrodes which is more adapted to low frequency impedance measurement according to a comparative study between interdigitated and concentric electrodes

L'objectif de ce travail de thèse a été de caractériser et de modéliser le comportement de diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSELs) à 1,3µm et 1,55µm. Ces sources laser constituent en effet un enjeu majeur dans les transmissions d'information à haut débit. La modélisation est basée sur l'analogie entre les équations d'évolution monomodes linéarisées et les équations de Kirchhoff du circuit électrique équivalent de la cavité optique. Il est donc possible d'exprimer chaque élément de ce circuit en fonction des paramètres intrinsèques du VCSEL. Cependant, bien que les VCSELs utilisés soient en puce, le modèle électrique complet doit prendre en compte des effets parasites liés à l'accès électrique. Une méthode originale, basée sur la mesure du «Turn-On Delay» et des paramètres S, a donc été développée afin de pouvoir s'affranchir de ces effets parasites et ainsi d'obtenir la valeur de chaque élément du circuit sans procédure d'optimisation. Grâce à cette méthode, il est alors possible d'extraire les paramètres intrinsèques du VCSEL. Le modèle est ensuite confronté aux résultats de simulation des équations d'évolution linéarisées en fonction des paramètres extraits. Le comportement en bruit des VCSELs est également analysé afin de compléter le circuit électrique par des sources équivalentes de bruit en tension et en courant. Cela permet d'élaborer un schéma électrique équivalent complet valide expérimentalement. Enfin la mesure du spectre des VCSELs permet d'en déduire l'évolution de la largeur de raie en fonction du courant de polarisation et d'en extraire le facteur de Henry, source de dégradation des télécommunications optiques.

Le marché des capteurs de gaz n’a pas cessé d’évoluer depuis ces dernières décennies en passant d’une technologie basée principalement sur des oxydes métalliques vers des nouveaux matériaux nanostructurés. En effet, les applications actuelles demandent des capteurs robustes, à faible consommation d'énergie, faible coût, conformables, sensibles et sélectives. Dans ce contexte, la recherche des matériaux sensibles à base de nanostructures de carbone, ainsi que des nouvelles technologies de fabrication (permettant la miniaturisation et la conformabilité des dispositifs) est nécessaire. Une de solutions actuellement à l’étude concerne l’utilisation de matériaux innovants tels que les nanotubes de carbone (CNTs). Dans ce manuscrit, les CNTs sont présentés ainsi que leurs très bonnes propriétés électriques et mécaniques. Leurs dimensions nous donnent une surface spécifique considérable et donc, la possibilité d’une grande sensibilité. Leur aptitude à être fonctionnalisés avec différents radicaux fait qu’ils puissent être sélectifs à une espèce donnée. Parmi les technologies émergentes apparues récemment, l’impression par jet d’encre est une technologie de déposition des couches minces très utilisée actuellement, car elle reste versatile grâce à sa facilité d’utilisation. La résolution et les possibilités d’impression sur différents types de substrat qu’on dispose, restent des atouts très importants. Un aspect très important qui a été peu étudié est la modélisation des couches minces des éléments sensibles. Concernant les couches imprimées des solutions contenant des nanotubes de carbone, très peu de travaux ont été répertoriés actuellement, et les modèles existants sont assez complexes. Dans nos travaux, nous nous concentrons sur la modélisation des couches minces sous la forme de motifs imprimés par jet d’encre. Des couches de solutions contenant des nanotubes de carbone sont déposées dans des structures RF, dans le but de pouvoir les appliquer dans la détection des gaz
The gas sensor domain has continued to evolve over the past few decades by moving primarily from a technology based on metal oxides to new nanostructured materials. Indeed, for modern applications in today's world robust sensors with low power consumption, low cost, conformable, sensitive and selective is desirable. In this context, mark-sensitive materials based on carbon nanostructures, as well as new manufacturing technologies (allowing miniaturization and conformability devices) is required. One solution which is currently under consideration is the use of innovative materials such as carbon nanotubes (CNTs) which exhibit very good electrical and mechanical properties. Their dimensions give us a considerable surface area and hence the possibility of high sensitivity. Their ability to be functionalized with different groups makes them very selective to react with a particular target gas. Amongst the emerging technologies, inkjet printing deposition of a very thin film is currently in use as it remains versatile because of its ease of use. The resolution and printing possibilities on different types of substrate have remains very important assets. A very important aspect that has been considered very less is the modeling of thin film sensing elements. Regarding printed layers solutions containing carbon nanotubes, very few works have been currently listed, and the existing models are quite complex. In this work, modeling of thin layers in the form of patterns printed by inkjet has been studied and experimental verifications and their analyses have been carried out successfully. Specific emphasis has been laid on the layers of solutions containing carbon nanotubes deposited in RF structures for application in the detection of gases

Le nombre d'appareils électroniques et de systèmes de communication sans fil a considérablement augmenté au cours des 20 dernières années. Les boîtiers de blindage utilisés pour protéger les appareils électroniques contre les radiations externes, mais aussi pour limiter leurs émissions sont généralement conçus en alliages d'aluminium. Mais la nécessité de réduire le poids des aéronefs incite l'industrie aéronautique à l'utilisation de matériaux composites.La modélisation de boîtiers de blindage composés de matériaux homogènes est possible par l'utilisation d'outils numériques tels que la méthode des éléments finis. Mais la discrétisation de boîtiers constitués de matériaux composites impliquerait un nombre d'éléments trop important rendant impossible toute modélisation numérique. Le recours à l'homogénéisation semi-analytique est une possibilité pour s'affranchir de cette restriction. Les milieux homogènes équivalents obtenus avec ces méthodes peuvent être insérés dans des outils numériques pour simuler le comportement électromagnétique de boîtiers de blindage complexes. Les modèles d'homogénéisation existants, tel que le modèle de Maxwell-Garnett, sont toutefois limités a des applications quasi-statiques.La définition des propriétés effectives de matériaux composites illuminés par des ondes électromagnétiques est l'objectif principal de ce travail. Il en résulte deux méthodes d'homogénéisation dynamiques. La première introduit un effet de taille entre les fibres et la longueur d'onde. Elle permet ainsi d'étendre une méthode basée sur des problèmes d'inclusion aux micro-ondes. Mais elle reste limitée par l'apparition de l'effet de peau dans les renforts conducteurs. La seconde est basée sur la définition des pertes par effet Joule dans les fibres, permettant ainsi d'étendre la première méthode après l'apparition de l'effet de peau. Cette dernière est enfin utilisée pour modéliser le comportement électromagnétique d'un boîtier de blindage réaliste.

Ce travail est consacré à l'étude d'une installation permettant la réticulation de pièces en composite verre-époxyde par chauffage haute fréquence, destinées à l'industrie automobile. L'installation est instrumentée pour mesurer en temps réel la permittivité complexe du matériau, la puissance absorbée par matériau, le champ électromagnétique et la température en différents points de la pièce. Le procédé de réticulation est modélisé par un modèle de connaissance, dont les valeurs des paramètres ont été déterminées pour que les températures estimées suivent les températures mesurées. Les paramètres cinétiques, thermiques et diélectriques ont une signification physique. Ils peuvent être comparés aux informations caractéristiques du matériau, obtenues par ailleurs. Les pièces à réaliser sont disposées dans un applicateur coaxial, entre les plateaux d'une presse. Il est montré que le profil de tension appliqué aux pièces peut être ajusté pour compenser les variations d'épaisseur des pièces le long de leur longueur si on sait choisir convenablement la longueur d'onde de propagation, placer des impédances parallèles le long de l'applicateur à des endroits définis par le profil à obtenir et induire une répartition TEM pure du champ électromagnétique par une alimentation distribuée en 4 points. On a construit et justifié un schéma électrique équivalent de l'applicateur réel permettant de concevoir la connexion correcte entre le générateur et l'applicateur et on a montré qu'il y a lieu d'interpréter avec soin les mesures directes du champ électromagnétique que l'on peut faire avec une antenne insérée dans l'enceinte.

L’objectif de cette thèse est la conception de biocapteurs capables de détecter la présence de séquences d’ADN sans utilisation de marqueurs chimiques ou de traitement préalable de l’échantillon. Le principe de mesure utilise la spectroscopie d’impédance pour la détection du changement provoqué par la présence de la séquence ADN sur le biocapteur. Notre étude s’appuie sur des simulations analytiques et numériques pour définir les dimensions des capteurs adaptés aux mesures en basse fréquence ainsi que le développement d’un modèle de circuit équivalent qui prend en considération les effets d'interfaces. La fabrication du capteur a été réalisée en plusieurs étapes. Dans un premier temps, la conception et la fabrication en salles blanches ont été optimisées pour des structures interdigitées avec différentes géométries et différents types de substrat (Verre, Si, SiO2). Après la validation du modèle, par des mesures sur des solutions de conductivité étalon et sur plusieurs concentrations d’ADN, l’analyse des résultats nous a conduits à proposer une nouvelle structure à électrodes concentriques mieux adaptée aux mesures d’impédance en basses fréquences pour des milieux liquides. Deux prototypes de taille micrométriques, l’un à électrode interdigitée et l’autre à électrode concentrique ont été développés pour une étude comparative
The objective of this thesis is the conception of a biosensor able to detect the presence of DNA sequences without any use of chemical markers or a prior treatment of the samples. The measurements are performed using impedance spectroscopy technique to detect the changes caused by the presence of DNA sequences on the biosensor. Our study is based on analytic and numeric simulations, which allows us to define the dimensions of the sensors adapted to low frequency measurements and to propose an equivalent circuit model taking into account the effects of the electrical double layer. The sensor was manufactured in several steps. Initially, clean room design and manufacturing were optimized for interdigitated structures with different geometries and substrate types (Glass, Si, SiO2). The data analysis of the measurement on standard conductivity and on several DNA concentrations using interdigitated electrode biosensor, allows us to propose a new design with concentric electrodes which is more adapted to low frequency impedance measurement according to a comparative study between interdigitated and concentric electrodes

Le nombre d’appareils électroniques et de systèmes de communication sans fil a considérablement augmenté au cours des 20 dernières années. Les boîtiers de blindage utilisés pour protéger les appareils électroniques contre les radiations externes, mais aussi pour limiter leurs émissions sont généralement conçus en alliages d’aluminium. Mais la nécessité de réduire le poids des aéronefs incite l’industrie aéronautique à l’utilisation de matériaux composites.La modélisation de boîtiers de blindage composés de matériaux homogènes est possible par l’utilisation d’outils numériques tels que la méthode des éléments finis. Mais la discrétisation de boîtiers constitués de matériaux composites impliquerait un nombre d’éléments trop important rendant impossible toute modélisation numérique. Le recours à l’homogénéisation semi-analytique est une possibilité pour s’affranchir de cette restriction. Les milieux homogènes équivalents obtenus avec ces méthodes peuvent être insérés dans des outils numériques pour simuler le comportement électromagnétique de boîtiers de blindage complexes. Les modèles d’homogénéisation existants, tel que le modèle de Maxwell-Garnett, sont toutefois limités a des applications quasi-statiques.La définition des propriétés effectives de matériaux composites illuminés par des ondes électromagnétiques est l’objectif principal de ce travail. Il en résulte deux méthodes d’homogénéisation dynamiques. La première introduit un effet de taille entre les fibres et la longueur d'onde. Elle permet ainsi d’étendre une méthode basée sur des problèmes d'inclusion aux micro-ondes. Mais elle reste limitée par l’apparition de l’effet de peau dans les renforts conducteurs. La seconde est basée sur la définition des pertes par effet Joule dans les fibres, permettant ainsi d’étendre la première méthode après l’apparition de l’effet de peau. Cette dernière est enfin utilisée pour modéliser le comportement électromagnétique d’un boîtier de blindage réaliste
The number of electronic devices and wireless communication systems has significantly increased over the past 20 years. Shielding enclosures used to protect electronic devices against radiated waves and to limit their emissions are usually designed in aluminum alloys. But the need to reduce the weight of aircraft incites the aerospace industry to the use of composite materials.Modeling shielding enclosures composed of homogeneous materials is possible by the use of numerical tools such as the finite element method. But considering every details of the microstructure would involve a excessive number of unknowns preventing numerical modelings. The use of semi-analytical homogenization methods is a possibility to overcome this restriction. The equivalent homogeneous mediums obtained with these methods can be inserted into numerical tools to simulate the electromagnetic behavior of complex shielding enclosures. But classical homogenization models such as Maxwell-Garnett model, are limited to quasi-static applications.Calculating the effective properties of composite materials illuminated by electromagnetic waves is the main objective of this work. This leads to two dynamic homogenization methods. The first one introduces a size effect between the fibers and the wavelength. It allows to extend a method based on inclusion problems to microwave frequencies. However it is limited by the occurrence of the skin effect in conductive inclusions. The second consider Joule losses and extends the first method after the occurrence of the skin effect. This second homogenization method is finally used to model the behavior of a realistic shielding enclosure

Basés sur l'hétérostructure AIGaN/GaN, les composants étudiés dans ce mémoire se voient dotés de propriétés physiques extrêmement attractives: tensions de claquage élevées, densités de puissance importantes. . . L'étude de ces dispositifs particuliers apparaît comme déterminante dans un contexte réclamant des montées en puissance et en fréquence perpétuelles. De même, la conception de systèmes complexes à base de transistors HEMTs AlGaN/GaN implique nécessairement la mise en œuvre de modèles non linéaires suffisamment représentatifs et cohérents. Le premier chapitre décrit les principales propriétés physiques et électriques du semiconducteur GaN. Un bref rappel concernant la caractérisation des transistors, en régimes de fonctionnement petit et grand signal, conclura cette première partie. Le deuxième chapitre se consacre à l'étude des caractéristiques propres aux HEMTs AIGaN/GaN. L'influence de différents types de passivations et traitements de surface sera ainsi exposée. Le développement d'un banc de mesure DC-pulsé permettra, par ailleurs, de déterminer la température de fonctionnement et la résistance thermique des composants testés. Le troisième chapitre expose la procédure suivie en vue d'extraire un modèle non linéaire de transistor, implantable en environnement de CAO. Des comparaisons entre modélisations et expérimentations permettront de valider en tout point les formes analytiques proposées. Le quatrième et dernier chapitre s'argumente autour de la caractérisation d'une nouvelle génération de substrats dits « reportés» tels que le SopSiC ou le SiCopSiC ; nous présentons ainsi diverses méthodologies en vue de la détermination de leurs propriétés électriques.

La technologie planar est très intéressante pour les transformateurs utilisés dans les équipements aéronautiques car elle mène à des composants minces et utilisables dans des espaces confinés. Malheureusement, le dimensionnement des transformateurs de ce type, lorsqu'ils fonctionnent au-delà de 100 kHz, est un travail aléatoire car les règles et les outils de conception ne sont pas les mêmes que pour un transformateur bobiné classique.
Au long de ce mémoire, on apprend à représenter ces composants par un circuit équivalent et à identifier ce circuit équivalent par des mesures d'impédances. Compte tenu du grand nombre de paramètres ajustables, l'optimisation d'un tel transformateur serait compromise s'il fallait compter sur des simulations à éléments finis pour déduire les éléments du circuit équivalent. C'est pourquoi nous essayons de déduire, par des moyens analytiques, les éléments de ce circuit en partant des caractéristiques physiques et géométriques du composant. Le but est atteint pour tous les éléments du transformateur de fuites obtenus à l'aide d'un calcul original exploitant les formules de la méthode PEEC.
Nous étudions ensuite les problèmes posés par la mise en parallèle de spires, inévitable lorsqu'on veut faire circuler des centaines d'Ampères. Une approche analytique simple s'avère alors très efficace et, grâce à elle, la meilleure disposition des spires peut être recherchée à l'aide d'un logiciel de simulation de circuits de type PSpice.
Enfin, diverses solutions sont envisagées et testées par simulation fem pour réduire les pertes par courants induits dans les transformateurs et dans les conducteurs méplats. Le développement multipolaire du champ magnétique est largement mis à contribution pour mener ces études.

Les phénomènes météorologiques en montagne sont influencés par de nombreux facteurs tels que le relief ou l'altitude, et possèdent de ce fait une grande variabilité spatiale, qui rend l'hydrométéorologie des bassins versants de montagne particulièrement complexe. Au regard de cette hétérogénéité spatiale, les postes d'observations sont à ces altitudes trop peu nombreux. Les mesures sont de plus réalisées dans des conditions parfois difficiles (neige, vent) et sont donc souvent entachées d'importantes incertitudes. En conséquence, l'estimation des stocks de neige et des précipitations, primordiale pour les gestionnaires du parc hydroélectrique d'EDF (Électricité De France), reste encore aujourd'hui sujette à des incertitudes non négligeables. La thèse présentée ici, menée au sein de l'équipe hydrologie d'EDF-DTG a, parmi ses objectifs, le développement d'un outil d'interpolation des précipitations en zones de montagne. Ce dernier permettrait à terme de progresser vers une vision spatialisée et cartographiée de la pluie et de la neige mesurées sur les bassins versants faisant l'objet d'une prévision opérationnelle.
Pour développer cette méthodologie, une très vaste base de données a été constituée, regroupant des données françaises (EDF et Météo France) mais également suisses, italiennes et espagnoles. Cet outil repose sur un Modèle Numérique de Terrain de maille 1km. Une classification en types de temps est introduite, afin de prendre en compte les variations du gradient orographique de précipitation en fonction du type de circulation atmosphérique considérée. Au sein de chaque type de temps et pour chaque pixel l'effet orographique, considéré comme prépondérant dans l'explication des précipitations en montagne, est modélisé par une relation linéaire reliant les précipitations du type de temps considéré à l'altitude. Cette relation s'appuie sur les points de mesure situés à proximité du pixel, dont le mode de sélection et de pondération a été optimisé.
L'utilisation de la validation croisée entre les stations permet d'évaluer le niveau de restitution du modèle aux altitudes proches du réseau d'observation, quant à la qualité des lames d'eau en haute montagne, elle est par ailleurs évaluée à travers le bilan hydrologique intégré sur les bassins versants instrumentés d'une part, et à l'aide d'une confrontation avec les postes de mesure de l'équivalent en eau du manteau neigeux d'autre part.
Développé sur les Alpes Françaises, les Pyrénées et le Massif Central, ce modèle présente des résultats très encourageants au regard de ceux obtenus par d'autres méthodes, ce qui est sans doute le fait du caractère résolument régional du mode de reconstitution des précipitations.