Academic literature on the topic 'Défaillance mécanique'

L’intubation oro-trachéale et la ventilation mécanique font partie de l’arsenal thérapeutique courant en médecine intensive et réanimation. Elles visent à suppléer une défaillance respiratoire et peuvent être associées à la prise en charge de défaillances neurologiques ou hémodynamiques. Néanmoins l’intubation et la ventilation mécanique sont associées à des effets indésirables potentiellement graves. Les indications ne sont pas toujours bien codifiées, la question du délai de l’intubation est rarement abordée dans les recommandations et les différences de pratiques entre les centres ou les praticiens prennent une place importante dans le processus de décision. Au-delà de l’indication, le choix du bon moment pour l’intubation doit prendre en compte rapport bénéfice risque de la ventilation invasive ainsi qu’un bénéfice potentiel à éviter une intubation inutile mais qui s’associe à un risque d’intubation trop tardive. Dans cette mise au point, nous proposons une revue des données de la littérature sur la place et le délai de l’intubation oro-trachéale dans la prise en charge des défaillances respiratoires, hémodynamiques et neurologiques les plus fréquemment rencontrées en médecine intensive et réanimation.

Résumé Cet article s’intéresse à l’échec des reprises externes de PME. En écho aux recommandations d’Argenti (1976), il vise à explorer les voies d’entrée en défaillance propres au contexte repreneurial. Six cas de faillite sont présentés et analysés en nous appuyant sur une grille de lecture issue des travaux de Malecot (1981). Nos résultats confirment que l’entrée en défaillance est effectivement activée par trois filières principales : le marché, l’endettement et le management. Ils révèlent néanmoins une quatrième voie associée à la « culture organisationnelle ». L’introduction de cette nouvelle filière donne une vision moins mécanique, plus riche de l’entrée en défaillance en pareil contexte. Elle nous invite, en outre, à discuter du danger relatif au « fit individu/organisation », spécificité minorée (voire ignorée) à l’origine des difficultés.

Le comportement mécanique des bétons renforcés de fibres naturelles dépend principalement de l’adhérence entre la fibre et la matrice de ciment. Cette adhérence a aussi une certaine influence sur le type d’endommagement de ces matériaux. Cette recherche a été menée sur des fibres naturelles de lecheguilla (Agave lecheguilla). Des essais chimiques, physiques et mécaniques tels que la détermination de la composition chimique, la morphologie, la porosité, l’absorption d’eau et les résistances à la traction et à la flexion ont été réalisés en utilisant ces fibres naturelles. Des observations à l’interface fibre–matrice de ciment ont aussi été effectuées à l’aide du stéréoscope pour évaluer l’effet du milieu alcalin et de différents rapports eau/ciment (E/C) sur la performance de mortier fibré. On a constaté que la résistance mécanique à la traction et à la flexion du matériau composite augmente, d’une part, avec l’augmentation de la longueur et, d’autre part, avec la diminution du volume de fibres utilisé. Le principal type de défaillance observée est l’arrachement des fibres. De plus, l’adhérence entre les fibres et la matrice de ciment est modifiée par les changements volumétriques et l’absorption d’eau relativement élevée. Néanmoins, cette adhérence peut être substantiellement améliorée en faisant un traitement superficiel des fibres à l’aide de solutions chimiques, comme le xylène, et en utilisant des faibles rapports E/C.

Cet article se concentre sur le risque informationnel associé aux Systèmes d'Information de Gestion. Il propose de mobiliser la méthode AMDEC - Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leur Criticité - de façon à mieux détecter et résoudre ce type de risque. Trois cas de dysfonctionnement en gestion industrielle sont étudiés dans un groupe multi-sites du domaine de la mécanique. Les éléments de diagnostic et de résolution proposés par la méthode AMDEC permettent de souligner son intérêt pour réduire ce type de risque à un niveau qui soit acceptable pour les entreprises.

Les enjeux de la prise en charge du traumatisme vertébromédullaire (TVM) cervical sont fondamentaux. Le pronostic vital peut être engagé dans l’immédiat. Cette prise en charge découle des conséquences de l’atteinte médullaire sur ses différents contingents moteur, sensitif et autonome et des objectifs de limiter les lésions secondaires. L’évaluation neurologique initiale repose sur le score ASIA (American Spinal Injury Association score). Le scanner ou l’imagerie par résonance magnétique à l’admission sont indispensables. L’optimisation hémodynamique repose sur un remplissage vasculaire minutieux et l’emploi adapté des amines vasopressives chez ces patients qui ont une défaillance des systèmes adaptatifs cardiaques. La prise en charge respiratoire repose sur une stratégie globale comportant une évaluation respiratoire et, si possible, une extubation précoce avec relai par ventilation non invasive et kinésithérapie intensive. Cette stratégie permet la diminution du recours à la trachéotomie et une réduction de la durée de ventilation mécanique. La prévention et le traitement des autres complications liées à la pathologie et à l’immobilisation ne doivent pas être négligés.

L’évolution de certaines pathologies neuromusculaires conduit parfois à la nécessité d’une ventilation mécanique. Si l’adaptation de la ventilation est généralement réalisée à l’hôpital, la poursuite du traitement à domicile dans de bonnes conditions nécessite un environnement matériel et humain adapté pour garantir la sécurité et la qualité de vie de la personne. Outre le ventilateur, le choix et le juste réglage de l’interface et de l’appareil d’humidification contribuent au confort du patient et à la qualité du traitement. La fixation du matériel au fauteuil et au patient contribue à sa sécurité. À domicile, le patient est accompagné par des aidants familiaux ou professionnels. Il convient de veiller à leur formation afin qu’ils puissent être à l’aise avec le matériel et pour que celui-ci complique le moins possible le quotidien, l’objectif étant que le patient garde la meilleure qualité de vie possible. En sortie à l’extérieur, le risque potentiel de défaillance du matériel devrait inciter le patient à s’équiper d’un « kit de secours » pour se déplacer en sécurité.

Cet article propose une adaptation des modules « analyse des risques ferroviaires et ingénierie mécanique » et « diagnostic de systèmes homme-machine appliqué aux systèmes ferroviaires ou guidés » de formation à distance du parcours INERSYG (Ingénierie Ferroviaire et Systèmes Guidés) du Master Transports Mobilités Réseaux de l’Université Polytechnique Hauts-de-France. A partir d’études de cas impliquant des aides à la conduite, il s’agit de déterminer les modes de fonctionnement et d’usage en s’appuyant sur différents formalismes tels que celui des arbres de défaillance, celui des réseaux de Petri, celui de bases de règles ou celui des graphes causaux. Les cas sont issus de témoignages d’expert, d’utilisateur ou via les réseaux sociaux par exemple. Ils font l’objet d’une analyse de danger approfondie suivant une démarche de pédagogie active et inclusive avec des groupes d’étudiants en dernière année de Master. Il s’agit d’identifier des dissonances, i.e. des conflits d’autonomie en termes de connaissances, de disponibilité ou de possibilités d’action pour un même décideur ou entre décideurs. Les résultats sont encourageants et permettent à chacun de découvrir des scénarios potentiellement dangereux relatifs à l’usage de systèmes d’aide à la conduite.

Environ deux tiers des patients atteints de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) présenteront une instabilité hémodynamique avec recours aux vasopresseurs. Sous ventilation mécanique, la diminution de précharge du ventricule droit (VD) suite à l’augmentation de la pression pleurale et l’augmentation de la postcharge du VD secondaire à l’élévation de la pression transpulmonaire seront des phénomènes exacerbés en cas de SDRA. Les risques encourus sont une diminution du débit cardiaque global et l’évolution vers un cœur pulmonaire aigu (CPA). Le contrôle de la pression motrice, de la pression expiratoire positive et la lutte contre l’hypoxémie et l’hypercapnie auront un impact autant respiratoire qu’hémodynamique. L’échographie cardiaque tient un rôle central au sein du monitorage hémodynamique au cours du SDRA, à travers l’évaluation du débit cardiaque, des différentes pressions de remplissage intracardiaques et le diagnostic de CPA. Le cathéter artériel pulmonaire est un outil de monitorage complet, indiqué en cas de défaillance cardiaque droite ou hypertension artérielle pulmonaire sévère ; mais le risque d’effets indésirables est élevé. Les moniteurs utilisant la thermodilution transpulmonaire permettent un monitorage du débit cardiaque en temps réel et sont d’une aide précieuse dans l’évaluation du statut volumique. L’évaluation de la précharge dépendance ne doit pas s’effectuer sur les variabilités respiratoires de la pression pulsée ou du diamètre des veines caves, mais à travers l’épreuve de lever de jambe passif, le test d’occlusion télé-expiratoire ou encore les épreuves de remplissage titrées.

Les ruptures de digues de protection contre les inondations (dont le résultat final est la brèche et l’inondation qui en résulte dans les zones protégées) sont le plus souvent la conséquence non pas d’un mécanisme de détérioration unique mais d’un enchaînement de mécanismes de détérioration dont certains peuvent, selon les conditions, se dérouler simultanément. L’identification de ces scénarios de défaillance est utile voire nécessaire pour atteindre différents objectifs : dans le cadre de la réalisation de diagnostic structurel, d’analyse du risque, d’étude de dangers, pour bien évaluer la performance de la digue ; dans le cas d’une rupture de digue ou d’une nécessité de confortement, pour adapter au mieux les travaux aux mécanismes ayant causé ou risquant de causer la rupture ; dans le cadre de la mise au point de méthodes d’évaluation des probabilités de rupture, pour être le plus conforme à la réalité des phénomènes et de leurs enchaînements. Les « modes de rupture » classiques (érosion externe, érosion interne, érosion par surverse, glissement, soulèvement hydraulique du pied aval…), qui sont encore souvent considérés dans les diagnostics de digues, sont baptisés du nom d’un seul mécanisme de détérioration, en général le mécanisme initiateur ou prépondérant de scénarios pouvant conduire à la rupture. Cette pratique laisse à penser qu’un seul mécanisme est à l’œuvre lors de la rupture d’une digue, ce qui amène souvent à des erreurs de diagnostic et/ou d’évaluation de performance lors d’études trop rapidement conduites. Par ailleurs, le fait de considérer les enchaînements possibles lors de la conception d’un ouvrage peut amener à une conception plus sûre et/ou dans certains cas, plus économique. Dans cette communication, les auteurs développent les bénéfices de l’utilisation d’une approche par scénarios de défaillance. Les apports issus de plusieurs sources bibliographiques françaises et internationales disponibles sur le sujet sont présentés, ainsi que plusieurs exemples de scénarios simples ou complexes. Une méthode basée sur l’analyse fonctionnelle pour l’identification des scénarios de défaillance possibles pour une digue donnée est exposée.

Ce mémoire s'insère dans un axe de recherche portant sur les technologies microsystèmes à base de micro-usinage de surface, à partir desquelles des mécanismes de défaillances de dispositifs élémentaires ont été étudiés théoriquement et expérimentalement. Des bancs de test in situ en matériau polycristallin ont été conçus afin de découvrir et d'étudier les mécanismes d'endommagement dus à un actionnement cyclique. Le principe consiste à appliquer cycliquement une sollicitation élémentaire sur une structure élémentaire atin d'observer lévolution des propriétés mécaniques (raideur, résonance) en fonction du nombre d'opérations. Suite à une étude par éléments finis, les structures de test en polysilicium dopé in situ ou par diffusion et en or ont été fabriquées. Ces dernières ont été actionnés cycliquement et caractérisés périodiquement. Les résultats de caractérisation ont permis de comprendre le phénomène de fatigue pour des matériaux polycristallins. L'existence d'une relation entre la fréquencc de résonance de structures sollicitées en fIexion et le phénomène de fatigue a été aussi démontrée, permettant d'élaborer un modèle phénoménologique pour la prédiction du phénomène de fatigue avec une erreur de 20 % Par ailleurs, l'influence des conditions environnementales, du niveau de contraintes appliqué, l'inf1uence du recouvrement de marche, et la propagation d'une fissure dans le matériau structurel ont été analysées. Cette étude permet de mieux comprendre le phénomène de fatigue pour des matériaux polycristallins, et permettra de mettre en place de nouvelles règles de conception pour la fabrication de microdispositifs constitués d'éléments simples tels que des microcommutatcurs RF ou des résonateurs électromécaniques utilisés dans la téléphonie mobile. Certains mécanismes d'endommagement liés aux phénomènes non-linéaires en régime dynamique ont été modélisés. Cette étude s'est attachée à explorer les défàillances causées par les vibrntions extérieures et les chocs, et à proposer une solution pour contrer les vibrations extérieures pour un système embarqué. Dans une première étape le phénomène de 'snap-through' est abordé : une poutre biencastrée en flambement hors du plan faisant partie d'un système d'optique adaptative peut, sous l'effet de vibrations extérieures, s'effondrer et donc se coller. Pour chaque fréquence d'excitation, le modèle mis en place détermine la valeur minimale des amplitudes de vibrations extérieures induisant des instabilités dans le système; une validation préliminaire du modèle a été réalisée. Dans une seconde étape, la réponse dynamique d'une poutre bi-encastrée encapsulée dans un boîtier soumis à un choc est étudiée; le modèle établi détermine les conditions pré-choc (vitesse, accélération du boîtier) évitant la dégradation de la structure lors du choc. Enfin, une approche conceptuelle d'un système vibratoire adaptatif a été présentée. Une structure à protéger est fabriquée sur des couches piézo-électriques; celles-ci sont actionnées pour perturber la résonance mécanique de la structure à protéger lorsque des capteurs résonants détectent des vibrations extérieures dont la fréqucnce d'excitation est égale à la fréquence de résonance. Les choix de conception sont exposés dans le cas de la réalisation technologique et du systéme d'asservissement électronique (détection, alimentation des couches piézoélectriques); enfin, le procédé technologique a été mis en place; la phase de test reste à mettre en oeuvre.

L'augmentation continue des énergies et des puissances de freinage des systèmes ferroviaires a conduit peu à peu les disques de freins vers leurs limites d'utilisation, mises en évidence par des échauffements thermiques considérables (supérieurs à 1000°C) et par l'apparition de fissures en surface des pistes de frottement. Les travaux présentés ont consiste à développer des modèles numériques du comportement thermomécanique des disques de freins, afin de mieux comprendre les phénomènes engendrés et de prédire les niveaux de performance et d'endurance face à une sollicitation donnée. Pour appréhender les gradients thermiques effectifs de surface, la dynamique de contact de la garniture est introduite, régie par les variations de l'usure, des dilatations thermiques, des champs de pression de contact, des caractéristiques des matériaux ou encore des déformations plastiques. L'utilisation de techniques expérimentales récentes par thermographie infrarouge sur objets tournants, s'est avérée cruciale pour la mise en évidence des phénomènes tels que les cercles de feu et pour la validation des modèles numériques correspondants. Il a pu être montré expérimentalement et numériquement que le développement de points chauds stabilisés sur la surface du disque pouvait provenir du flambement du disque dû à l'état de compression circonférentielle, et qui serait initié lors de la transition élasto-plastique. La présence de ces points chauds correspond à la sollicitation thermomécanique la plus endommageante pour le disque, pour laquelle il a pu être démontré le risque d'une sollicitation caractéristique de la fatigue thermique oligocyclique, dont les premiers calculs montrent qu'elle peut être à l'origine de la fissuration des disques. La compréhension de ces phénomènes et les modèles développés doivent permettre de définir et de repousser les limites des systèmes actuels, afin d'augmenter les capacités de charge et les vitesses de service des véhicules ferroviaires.

L’électronique de puissance a un rôle de plus en plus grandissant dans les systèmes de transports : voitures électriques et hybrides, trains et avions. Pour ces applications, la sécurité est un point critique et par conséquent la fiabilité du système de puissance doit être optimisée. La connaissance du temps de fonctionnement avant défaillance est une donnée recherchée par les concepteurs de ces systèmes. Dans cette optique, un indicateur de défaillance précoce permettrait de prédire la défaillance des systèmes avant que celle-ci soit effective. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la caractérisation électromécanique des puces de puissance IGBT et MOSFET. L’exploitation de cette caractérisation devrait permettre, à plus long terme, de mettre en évidence un indicateur de l’état mécanique des assemblages de puissance à des fins de fiabilité prédictive
Power electronics has a role increasingly growing up in transport:electric and hybrid vehicles, trains and aircraft. For these applications, security is a critical point, thus the reliability of the power assembly must be optimized. The knowledge of time to failure is very important information for the designers of these systems. Inthis context, an early failure indicator would predict system failuresbefore it becomes effective. In this thesis, we focused on the electromechanical characterization of power transistors: MOSFET and IGBT. Based on these results this electromechanical characterization should help us in the longer term, to highlight an early failure indicator of the power assembly

Ces travaux s’intègrent dans le projet de recherche SUPERSWITCH dans lequel des solutions alternatives à l’IGBT, utilisées dans les convertisseurs de puissance dans la gamme des tenues en tension 600-1200 V, sont envisagées. Les nouvelles structures du transistor MOS basées sur le principe de Super-Jonction tel que le transistor DT-SJMOSFET et sa terminaison originale, la « Deep Trench Termination » se propose comme alternative aux IGBT. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la caractérisation de la robustesse de la terminaison DT2 adapté à une diode plane. Après avoir effectué un état de l’art sur les composants de puissances à semi-conducteur unidirectionnels en tension, les terminaisons des composants de puissance et la fiabilité des modules de puissance, un véhicule de test a été conçu en vue de réaliser les différents essais de vieillissement accéléré et suivi électrique. La fiabilité de la terminaison DT2 a été évaluée par des essais expérimentaux et des simulations numériques, dont une méthodologie innovante a été proposée. Au final de nouvelles structures ont été proposées pour limiter les problèmes de délaminage et de charges aux interfaces mis en avant dans notre étude
This work is a part of the research project SUPERSWITCH in which alternatives solutions to the IGBT, are investigated. This solution was used IGBT in power converters in the 600-1200 V breakdown voltage range. The new MOSFET structures based on the super-junction, such as the DT-SJMOSFET and its "Deep Trench Termination", is proposed as an alternative to IGBT. In this context, this thesis focuses on the robustness characterization of the DT2 termination adapted to a planar diode. After a state of the art on unidirectional voltage power components, the power components termination, and power modules reliability, a test vehicle has been designed in order to carry out different accelerated ageing tests and electrical monitoring. The reliability of DT2 termination was evaluated by experimental tests and numerical simulations. An innovative modeling methodology has been proposed. Finally, new structures have been proposed to limit the delamination failure mechanisms and interface charges problems highlighted in this thesis

Cette thèse porte sur l'étude de la durée de vie de composants et modules de puissance dans des environnements thermiques sévères, lorsque les modules de puissance sont amenés à travailler à haute température ou sous des cycles de température de forte amplitude. Les domaines visés par cette étude concernent plus particulièrement des applications extrêmement contraignantes telles que les applications aéronautiques. Un module de puissance est un assemblage de plusieurs matériaux (semi-conducteurs, brasures, céramiques, conducteurs) présentant des propriétés mécaniques, notamment de coefficient de dilatation thermiques (CTE) différentes. Les pertes dans les puces actives et les variations de température ambiante (profils de mission) sont responsables de contraintes mécaniques liées aux différences de CTE entre les différents matériaux. Les modes de défaillance étant principalement d'origine mécanique, ces travaux ont été effectués entre le SATIE et le LMT (Institut Farman). L'étude mécanique a complété des travaux expérimentaux de caractérisation et de vieillissement accéléré de modules de puissance à semi-conducteur. Ces études ont nécessité la mise en place d'essais de vieillissement spécifiques, passifs (utilisation d'une étuve permettant de contraindre les assemblages de puissance sous des cycles thermiques de grande amplitude) et actifs (utilisation de régimes extrêmes de fonctionnement tels que le court-circuit pour accélérer le vieillissement de certaines parties de l'assemblage).La première partie de ce manuscrit présente les principes physiques mis en jeu. Nous présenterons succinctement les concepts de mécanique de la rupture ainsi que les couplages physiques.La deuxième partie porte sur la rupture de la céramique des substrats DCB. Cette rupture peut provenir de défauts répartis aléatoirement dans le matériau. Nous aborderons le problème par une approche statistique où nous introduirons la "Théorie du maillon faible". L'autre cause de rupture est la présence de défauts géométriques que l'on appelle singularité où il existe une concentration des contraintes nécessitant une approche déterministe. A cette occasion nous introduirons le facteur d'intensité des contraintes qui permet d'étudier les problèmes de rupture liés à des zones singulières.La dernière partie portera sur la dégradation de la métallisation du transistor. La recherche d'indicateurs de vieillissement a demandé la mise au point de différents bancs de caractérisation électrique pour la mesure fine de différentes grandeurs électriques (courants de fuite, tensions de seuil, chute de tension à l'état passant...) dans un environnement thermique contrôlé. De plus ces caractérisations électriques sont corrélées à des observations de la métallisation effectuées par un microscope électronique à balayage de manière régulière. Nous chercherons à montrer comment la modification de la morphologie de la métallisation peut modifier les caractéristiques électriques des transistors de puissance testés.

Les systèmes VHMS (Vibration Health Monitoring System) installés sur les hélicoptères ont un rôle stratégique pour augmenter la sécurité en vol des opérateurs et passagers. Ces systèmes consistent à enregistrer des données opérationnelles en vol, en particulier de nature vibratoire, et à surveiller l’intégrité des ensembles mécaniques par le biais d’indicateurs issus du traitement des signaux. Le principe de base se fonde sur le postulat que l’apparition d’un mode de défaillance engendre une évolution caractéristique des valeurs des indicateurs. Une limite rencontrée par les systèmes VHMS est cependant liée à la forte dépendance des indicateurs aux conditions de vol qui, pour les hélicoptères, sont susceptibles de varier rapidement et de manière complexe. Ces variations, aujourd’hui difficilement maîtrisées, peuvent masquer la signature d’une défaillance mécanique. Il en résulte donc une ambigüité sur l’interprétation de l’origine d’évolution observée des indicateurs. Dans ce manuscrit, des méthodes de normalisation sont développées permettant d’estimer des indicateurs vibratoires normalisés, c’est-à-dire insensibles aux conditions de vol. Dans un premier temps, une revue des méthodes de normalisation couramment utilisées dans la littérature est présentée. Dans un deuxième temps, un cadre statistique paramétrique modélisant les indicateurs vibratoires est proposé et repose sur des modélisations cyclostationnaires du signal vibratoire. Ce cadre paramétrique sera utilisé pour construire deux approches de normalisation des indicateurs vibratoires. La première basée sur le clustering-classification permettant de lier les phases de vol de l’hélicoptère à la statistique de l’indicateur vibratoire. Puis, une deuxième basée sur la régression de paramètres de distributions de quantile conditionnées sur les paramètres de vol expliquant la variabilité des indicateurs de santé. En parallèle, une étude de sensibilité permettant d’identifier ses paramètres de vol est menée
The VHMS (Vibration Health Monitoring System) installed on helicopters plays a strategic role in increasing the safety of operators and passengers during flight. These systems consist of recording operational data during flight, particularly vibration-related data, and monitoring the integrity of mechanical components through indicators derived from signal processing. The basic principle is based on the assumption that the appearance of a failure mode generates a characteristic evolution of indicator values. However, one limitation of VHMS systems is the strong dependence of indicators on flight conditions, which can vary rapidly and complex for helicopters. These variations, which are difficult to control, can mask the signature of a mechanical failure, resulting in ambiguity in interpreting the origin of the observed indicator evolution. In this manuscript, normalization methods are developed to estimate normalized vibration indicators, which are insensitive to flight conditions. First, a review of normalization methods commonly used in the literature is presented. Second, a parametric statistical framework modeling vibration indicators is proposed based on cyclostationary modeling of the vibration signal. This parametric framework will be used to construct two approaches to normalizing vibration indicators. The first approach is based on clustering-classification, linking the helicopter flight phases to the statistics of the vibration indicator. Then, a second approach is based on the regression of quantile distribution parameters conditioned on flight parameters that explain the variability of health indicators. In parallel, a sensitivity analysis is conducted to identify these flight parameters

La fracture des matériaux, omniprésente aussi bien en science des matériaux qu’en géologie, implique souvent des événements soudains et imprévisibles, sans précurseurs détectables macroscopiquement. Une compréhension approfondie des mécanismes microscopiques conduisant in fine à la rupture est requise, mais les expériences restent rares. La détection de la dynamique microscopique dans les échantillons cisaillés est expérimentalement très difficile, car elle nécessite de combiner sensibilité mécanique, qualité optique et exigences strictes sur l’encombrement. Dans ce travail, nous présentons l'une des premières tentatives réussies de mesure des précurseurs microscopiques de fracture dans des matériaux mous modèles, grâce à des mesures de la plasticité microscopique à l'aide d'un nouvel instrument, couplant une cellule de cisaillement à contrainte contrôlée à un appareil de diffusion de lumière statique et dynamique (DLS) à petits angles. Dans un premier temps, nous montrons théoriquement, numériquement et expérimentalement comment la DLS, une technique très puissante difficile à utiliser pour un échantillon sous cisaillement, peut être utilisée comme outil de mesure de la dynamique microscopique dans les systèmes mous sous cisaillement. Pour un solide parfait et un fluide visqueux simple, le champ de déplacement résultant d'une déformation de cisaillement est purement affine. Nous montrons comment les déplacements affines et non affines, qui sont présents dans de nombreuses situations d’intérêt (matériaux élastiquement hétérogènes ou en raison de réarrangements plastiques) peuvent être évalués séparément par DLS et discutons de l'effet des non-idéalités dans des expériences typiques.Ce travail est centré sur un gel colloïdal fractal modèle, dont nous caractérisons la rhéologie linéaire en loi de puissance. Nous montrons que celle-ci est décrite par un modèle phénoménologique Fractional Maxwell (FMM), et discutons la relation possible entre FMM et la structure microscopique du gel.Sous une contrainte de cisaillement constante (expérience de fluage), le gel colloïdal présente une déformation rapide élastique suivie d'un fluage lent en loi de puissance, puis, après plusieurs heures par une accélération du taux de cisaillement, entraînant la rupture retardée du gel. Nos expériences montrent que le premier régime en loi de puissance, bien décrit par la viscoélasticité linéaire, correspond à l'échelle microscopique à une dynamique partiellement nonaffine, mais entièrement réversible. Lorsque la viscoélasticité dévie de la linéarité, une accélération nette, localisée dans le temps de la dynamique non-affine, est observée. Ces réarrangements rapides précèdent la fracture macroscopique du gel de plusieurs heures: ce sont des précurseurs dynamiques de la fracture qui permettent de prédire l’évolution du gel bien avant toute mesure rhéologique.Pour obtenir une image plus complète de la fracture, nous étudions l'apparition de l'irréversibilité lors d’une perturbation cyclique répétée plusieurs fois (expérience de fatigue). En suivant l'évolution stroboscopique du système en fonction de la déformation cumulée, on constate que, au-delà du régime linéaire, le taux de relaxation augmente brusquement, signature de plasticité. Si la contrainte appliquée est suffisamment grande, le gel à long terme montre une rupture retardée, en analogie avec celle observée en fluage. Les différences et similitudes entre les deux mécanismes de fracture sont discutées.Enfin, la généralité des résultats obtenus sur les gels colloïdaux est vérifiée en étudiant comme second système modèle un verre colloïdal, dont la mise en écoulement sous contrainte oscillante est un processus progressif, pour lequel deux modes de relaxation contribuent à la dynamique observée. Les analogies qualitatives trouvées avec des systèmes similaires (par ex. des émulsions concentrées) suggèrent qu'une image unifiée pourrait être obtenue, motivant des recherches futures
Material failure is ubiquitous, with implications from geology to everyday life and material science. It often involves sudden, unpredictable events, with little or no macroscopically detectable precursors. A deeper understanding of the microscopic mechanisms eventually leading to failure is clearly required, but experiments remain scarce. The detection of microscopic dynamics in samples under shear is experimentally very challenging, because it requires to combine the highest mechanical sensitivity to strict requirements on the geometry of the whole setup and on the quality of the optical interfaces. In this work we present one of the first successful attempts to measure microscopic failure precursors in model soft solids. Here, microscopic plasticity under shear is observed using a novel setup, coupling a custom-made stress controlled shear cell to small angle static and dynamic light scattering (DLS).DLS is a very powerful technique, but its application to materials under shear is not trivial. In a first step we show a theoretical, numerical and experimental investigation of how DLS may be used as a tool to measure the microscopic dynamics in soft systems under shear. In ideal solids and simple viscous fluids, the displacement field resulting from an applied shear deformation is purely affine. Additional non-affine displacements arise in many situations of great interest, for example in elastically heterogeneous materials or due to plastic rearrangements. We show how affine and non-affine displacements can be separately resolved by DLS, and discuss the effect of several non-idealities in typical experiments.As a model system, this work mainly focuses on a fractal colloidal gel. We thoroughly characterize the linear power-law rheology of the gel, we show that it is very accurately described by the phenomenological Fractional Maxwell (FM) model, and we discuss the possible relationship between the FM model and the microscopic structure of the gel.Under a constant shear stress (creep experiment), the colloidal gel exhibits a fast, elastic deformation followed by a slow sublinear power-law creep, which is eventually interrupted after several hours by an upturn in the shear rate, leading to the delayed failure of the material. Our experiments show that the first power-law regime, nicely described by linear viscoelasticity, corresponds at the microscopic scale to partially nonaffine, yet fully reversible dynamics. Upon deviation from the linear viscoelasticity, a sharp acceleration, localized in time of the nonaffine dynamics is observed. These faster rearrangements precede the macroscopic failure of the gel by thousands of seconds: they thus are dynamic precursors of failure that allow one to predict the fate of the gel well before any rheological measurement.To obtain a more comprehensive picture of material failure, we next address the onset of irreversibility under a cyclic perturbation repeated many times (fatigue experiment). By following the stroboscopic evolution of the system as a function of the cumulated deformation, we observe that as soon as the shear amplitude is increased beyond the linear regime the relaxation rate increases abruptly, indicating that irreversible plasticity is at play. If a large enough stress amplitude is applied, the system on the long run displays delayed fatigue failure, with reminiscences of the one observed in creep. Differences and similarities between the two failure mechanisms are discussed.Finally, the generality of the results obtained on colloidal gels is checked by investigating as second model system a soft colloidal glass. In this case, our experiments indicate that oscillatory yielding is a gradual process, where two relaxation modes contribute to the observed dynamics. Qualitative analogies found with similar systems (e.g. concentrated emulsions) suggest that a general picture might be obtained with our study, which motivates ongoing and future investigations

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la fatigue thermomécanique de modules IGBT onduleurs intégrés de puissance 600V-200A destinés à des applications de traction automobile électrique et hybride. Nous avons cherché à évaluer la tenue de ces modules aux contraintes de cyclages (actif et passif) sous températures ambiantes élevées.
Ainsi, la première partie de cette thèse présente les tests expérimentaux réalisés en cyclage actif durant lesquels nous avons cherché à évaluer la tenue des modules IGBT (600V-200A) fonctionnant à différentes températures ambiantes (température de semelle) et différentes températures de jonction (température des puces). Afin de chercher à comprendre les mécanismes physiques mis en jeu dans la dégradation de l'assemblage, les essais ont été arrêtés rapidement dès lors qu'un indicateur de défaillance laissait supposer une initiation de processus de dégradation.
Dans la deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la tenue des brasures substrat/semelle dans des conditions de cycles thermiques passifs. Sachant qu'habituellement le facteur d'accélération retenu pour le vieillissement de ces brasures est l'amplitude des cycles thermiques, nous avons cherché dans cette partie à évaluer non seulement l'effet de l'amplitude des cycles thermiques mais aussi les niveaux des paliers haut et bas sur l'initiation des fissures dans ces brasures et leurs propagation au cours du cyclage.
Enfin, pour comprendre et analyser le comportement de la brasure et de l'assemblage sous les contraintes de cycles thermiques, une étude par simulation numérique est présentée dans la dernière partie. Une étude numérique effectuée sous des conditions de température similaires à celles imposées dans la partie expérimentale a permis de localiser et d'évaluer les contraintes thermomécaniques que subissent les éléments de l'assemblage. Surtout, nous donnons des éléments de réponse permettant d'établir un lien entre les paramètres thermiques du cyclage passif et les grandeurs physiques qui sont influent sur la durée de vie des brasures. Enfin, cette partie se termine sur une étude numérique dans laquelle nous avons cherché à simuler l'effet combiné des cyclages actifs et passifs sur les contraintes mécaniques au sein des modules IGBT afin de rendre compte des contraintes imposées aux modules dans une application réelle.

Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre l'Université Technique Nationale Ivan Pul'uj de Ternopil (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand, France). Les travaux ont été effectués au sein de l'Institut Pascal de l’Université Blaise Pascal - Clermont II, de l’IFMA et du CNRS, dans le thème scientifique Matériaux actifs et intelligents, modélisation multi-échelle de l'axe Mécanique, Matériaux et Structures, et au sein de l'Institut Français de Mécanique Avancée. La thèse présentée appartient au domaine scientifique de la mécanique de la rupture et la science des matériaux. L'objectif de la thèse est de développer la méthodologie analytique et expérimentale pour la durée de vie résiduelle des collecteurs du surchauffeur dans les centrales thermiques, en tenant compte des caractéristiques de fonctionnement de chargement thermomécanique. La prédiction de la durée de vie est une tâche cruciale pour un fonctionnement continu des éléments structuraux très chargés et fait partie d'un problème plus large, couvert dans la recherche de la résistance et la durabilité des éléments structurels à haute température dans les équipements d'énergie générateur. Le mémoire décrit l'influence de la température de fonctionnement sur la vitesse de propagation des fissures de fatigue et micromécanismes de rupture dans le matériau du collecteur de surchauffeur
This thesis was performed under the cotutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University (TNTU, Ukraine) and Blaise Pascal University (Clermont Ferrand, France). The thesis was carried out within Pascal Institute of the Blaise Pascal University - Clermont II, the IFMA and the CNRS, in the Scientific Theme “Active and Smart Materials and Multiscale Modeling” of the Mechanics, Materials and Structures Department, and within the French Institute for Advanced Mechanics. The presented thesis belongs to the scientific field of fracture mechanics and material science. The aim of the thesis is to develop the analytical and experimental methodology for the residual lifetime estimation of the superheater collectors at thermal power stations (TPS), taking into account the operational features of thermomechanical loading. Prediction of lifetime is crucial task for continuous operation of heavy loaded structural elements and is a part of a broader problem, covered in the research of the strength and durability of high temperature structural elements in power-generating equipment. The thesis describes the influence of operating temperature on the fatigue crack growth rate and fracture micromechanisms in the material of the superheater collector

Dans le domaine des applications avioniques, des dispositifs d'électronique de puissance sont susceptible d'être placés sur le réacteur avec, dans le pire des cas, une température ambiante de 200°C et des cycles thermiques compris entre -55°C et 200°C.

La première partie de cette étude présente les caractérisations électriques de composants à semi-conducteur, afin de justifier le choix des diodes Schottky SiC et de transistor CoolMOS Si pour une utilisation à haute température. Ces composants sont alors intégrés dans un véhicule de test (module de puissance) adaptée à une localisation sur le réacteur. L'objectif est d'évaluer les performances électriques des éléments actifs à haute température, et la technologie d'assemblage par brasure des substrats céramiques sur une semelle AlSiC. En complément d'une campagne expérimentale, s'appuyant sur un cyclage thermique de grande amplitude, une évaluation numérique des sollicitations dans l'assemblage permettra de mieux comprendre les mécanismes de défaillances et les moyens permettant d'augmenter la durée de vie des modules de puissance dans ces conditions d'utilisation.

Afin de trouver des solutions d'intégration et de chercher à améliorer la durée de vie des assemblages, la dernière partie de cette étude présente les résultats expérimentaux, dans des conditions tout aussi sévères, pour de nouveaux véhicules de test, sans élément actif, composés de substrats céramiques de technologie différente. Les produits testés comportent des céramique AlN et Al2O3 dont les métallisations, avec ou sans dimples, présentent des géométries différentes. Nous évaluerons également, des substrats de technologie AMB avec des solutions DAB et Si3N4. Finalement, une nouvelle étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d'estimer l'influence ce des substrats céramiques sur la durée de vie de l'assemblage. Finalement, nous tenterons de proposer des règles de conception permettant d'augmenter la durée de vie des assemblages de puissance.

Cette étude fournit au lecteur un aperçu des méthodes adaptatives récentes de calcul de probabilité de défaillance basées sur l’utilisation du krigeage (dit « processus gaussien ») avec un focus sur les méthodes nommées AK (Adaptative and Kriging-based methods). Ces méthodes sont particulièrement efficaces en présence de modèles de comportement coûteux à évaluer.

Ce chapitre aborde l’estimation de probabilités faibles utiles pour l’analyse de la fiabilité de systèmes à fortes exigences de sûreté. La présentation inclut les méthodes FORM et SORM connues en fiabilité structurale, mais également les méthodes basées sur un échantillonnage naïf (Monte-Carlo) ou préférentiel (tirage d’importance, subset simulation). La sensibilité de la probabilité de défaillance calculée est également introduite.