Dissertations / Theses on the topic 'Force de glissement'

Nous avons développé une méthode originale de mesure par microscopie à force atomique (AFM) du glissement intergranulaire, sur des alliages sollicités à haute température et à de faibles vitesses de déformation, pour des essais de courte durée. Nous avons pu mesurer le glissement intergranulaire, selon sa composante hors-plan de la surface de l'éprouvette. La limite de détection du glissement intergranulaire est alors de 10 nm. Des essais de traction lente ou à charge imposée, à haute température (360°C à 700°C) et sous ultravide, ont été réalisés sur des éprouvettes plates et minces d'aciers inoxydables austénitiques et de superalliages base nickel. A l'issue de ces essais, la caractérisation du glissement intergranulaire par AFM montre que le glissement intergranulaire peut être activé dès la mise en charge, sur des amplitudes de plusieurs dizaines de nm. De plus, sur des essais courts, l'amplitude du glissement intergranulaire ne dépend pas de l'orientation de la trace du joint par rapport à la direction de sollicitation. En revanche, la désorientation est un paramètre déterminant sur la propension des joints à glisser. Nous avons également analysé par spectrométrie Auger la ségrégation intergranulaire sur deux alliages (un acier inoxydable austénitique 304H et un alliage base nickel X-750), préalablement sollicités en traction lente à haute température. Pour le 304 H, les ségrégations de S et P sont favorisées au voisinage des points triples. Pour l'alliage X-750, P ségrège en fond de cupules des facettes de grains microductiles, alors que S ségrège dans les zones riches en précipités. Les méthodes développées permettent d'étudier la corrélation entre deux ingrédients majeurs de l'endommagement à haute température : le glissement intergranulaire et la ségrégation fragilisante aux joints de grains. En particulier, une étude de la cinétique du glissement intergranulaire devrait permettre de valider comme indicateur de la sensibilité à l'endommagement à haute température en service, la mesure de marches de glissement intergranulaire suite à des essais courts. Cette méthode permet également d'envisager l'étude du rôle du glissement intergranulaire dans l'amorçage et la propagation des fissures de corrosion sous contrainte en milieu REP.

Les matériaux constitutifs des seringues destinées à l'industrie pharmaceutique peuvent entraîner des interactions indésirables avec les solutions médicamenteuses qu'elles contiennent. Lors du glissement d'un joint de piston dans le corps d'une seringue, les matériaux utilisés, la géométrie des différents éléments ainsi que les conditions expérimentales déterminent la mécanique du glissement. L'étude du glissement d'un joint de piston en élastomère mou dans un corps de seringue en verre lubrifié a été réalisée. L'influence de différents paramètres sur les forces de frottement tels que la viscosité et la quantité du lubrifiant et la nature de l'élastomère, a été étudiée. Cette étude couplée à une modélisation a permis de mettre en évidence des paramètres clés qui gouvernent la forme générale d'une courbe de glissement tels que la déformation du joint de piston et le cisaillement de l'huile. De plus, la condition nécessaire pour obtenir un pic d'activation sur les courbes de glissement est d'avoir une variation du coefficient de frottement qui suit une courbe de Stribeck
Prefillable syringes for the pharmaceutical industry are made of different kinds of materials which can have undesirable interactions with the medicinal solutions present inside the syringe barrel. When a plunger stopper glides inside a syringe barrel, the materials used and the geometry of the different elements influence the gliding mechanics. The study of the gliding of a wavy elastomeric plunger stopper inside a siliconized glass barrel has been done. The influence of various parameters on the gliding forces, as the viscosity and the quantity of the lubricant, and the nature of the elastomer has been studied. This experimental study has been coupled to a modelization which has enabled to emphasize some critical parameters that govern the general shape of a gliding curve as the deformation of the stopper and the shear of the silicone oil. A necessary condition to obtain an activation peak for the gliding curves is to have a friction coefficient that follows a Stribeck-like variation

La détection tactile et la détection de glissement jouent un rôle important en permettant la manipulation robotique dextre des objets. Ainsi, le développement d'un système de capteur tactile entièrement intégré à haute résolution présente un intérêt certain. Ces travaux traitent de la conception et de la mise en place d'un système tactile intrinsèque basé sur un ensemble de capteurs MEMs de force à 3 axes et la détection du glissement avec ce système. Afin de créer un système tactile, les capteurs de force à 3 axes sont protégés par un revêtement, une étude sur le revêtement est réalisée. Deux systèmes intrinsèques différents basés sur un ensemble de capteurs de force à 3 axes sont développés, le premier est utilisé comme test de faisabilité de ce type de système. Le deuxième système intrinsèque est adapté à un doigt robotique à surface souple. Les systèmes proposés mesurent trois composants de force, le couple normal à la surface de contact et la position du centre de contact appliqué sur sa surface sensible. Les deux systèmes sont caractérisés et testés. La détection du glissement avec un système tactile intrinsèque est testée également. La détection du glissement est faite par l'application de la théorie de la surface limite et du modèle de contact viscoélastique
Tactile sensing and slip detection plays an important role in enabling robotic dexterous object manipulation. Thus developing a high-resolution fully integrated tactile sensor system is of great interest. This work deals the design and implementation of an intrinsic tactile sensing system based on a set of 3-axis force MEMs sensors and the detection of slippage with such system. In order to create a tactile system the 3-axis force sensors are protected by a coating, a study about the coating is made. Two different intrinsic systems based on an array of 3-axis force sensors are developed, the first one is used a feasibility test of this kind of system. The second intrinsic system is adapted to a robotic finger with soft surface. The proposed systems measures three-force components, the normal torque to the contact surface, and the position of the contact centroid applied to its sensitive surface. Both systems are characterized and tested. The detection of slippage with an intrinsic tactile system is tested. The application of the limit surface theory and the viscoelastic model of contact make the detection of slippage

Cette thèse vise à évaluer ce que les techniques d'analyses locales récentes que sont l'EBSD et l'AFM permettent d'apporter dans l'étude des conditions de déformation et d'endommagement en surface d'un acier inoxydable 316L sollicité en fatigue (LCF). Une première partie concerne la caractérisation de la structure fine des bandes de glissements produites au cours du cyclage. La morphologie des extrusions-intrusions y est étudiée à l'échelle nanométrique (AFM) en relation directe avec les configurations cristallographiques locales (EBSD). L'influence de l'air ambiant y est étudiée par comparaison avec des résultats établis sous vide. Une seconde partie porte sur les effets induits par deux couches minces influant sur les processus d'émergence des bandes de glissement : un film (0,1æm) de NiTi de structure amorphe ayant des effets bénéfiques sur la durée de vie du 316L et une couche d'oxydes produite à haute température dont les caractéristiques dépendent de l'orientation des grains du substrat
The local surface deformation damage processes induced by fatigue (LCF) in the 316L stainless steel have been analysed by coupling the two recent Electron Back Scattering Diffraction and Atomic Force Microscopy techniques. A first part relates to the fine structures of persistent slip bands : the morphology of the extrusions-intrusions is studied at a nanometric scale (AFM) in direct relationship with the local cristallographic configuration (EBSD). The influence of the ambient air is studied by comparison with results established in vacuum. The second part concerns the effects induced on the emergence of slip bands by two coatings : an homogeneous and amorphous thin NiTi film (0. 1 æm) known to increase the fatigue life of the 316L and an oxide layer produced at 600ʿC whose characteristics depend on the orientation of the grains of the substrate

De nombreuses applications industrielles mettent en jeu des fluides complexes qui possèdent souvent un seuil d'écoulement leur permettant de résister à des efforts finis sans s'écouler. Par ailleurs, ces fluides peuvent glisser aux parois lorsque les conditions interfaciales sont favorables. Toutes ces propriétés influencent leurs écoulements autour d'obstacles. Cette thèse se propose de comprendre ces écoulements dans le domaine où les vitesses d'écoulement sont telles que les effets inertiels peuvent être négligés devant les effets visqueux eux-mêmes faibles par rapport aux effets plastiques. Elle analyse l'influence de la vitesse et du glissement sur la force de traînée et les champs cinématiques générés par l'écoulement très lent et en régime permanent d'un fluide à seuil autour d'obstacles aux surfaces adhérentes ou glissantes. Les géométries considérées sont le disque, la sphère, le cône et la plaque plane. Le fluide utilisé a un comportement élasto-viscoplastique pouvant être décrit par les modèles de Herschel-Bulkley et de Hooke. Ce comportement a été caractérisé en volume et en présence de glissement par des mesures rhéométriques. Le nombre adimensionnel clé de l'étude est le nombre d'Oldroyd, ratio entre les effets plastiques et les effets visqueux, compris ici entre 10 et 200. Les mesures de forces de traînée ont montré qu'indépendamment de l'obstacle et des conditions interfaciales, le coefficient de traînée diminue avec le nombre d'Oldroyd et tend vers une valeur asymptotique. Cette valeur montre qu'au-delà d'un certain nombre d'Oldroyd, ce coefficient n'est plus gouverné par la vitesse mais dépend uniquement du seuil et de la surface caractéristique de l'obstacle. Elle permet de calculer un critère de stabilité pour lequel l'objet est maintenu en suspension. Les champs cinématiques déterminés par PIV ont permis de caractériser la forme et l'étendue des zones rigides et cisaillées. Les mesures de forces de traînée et de champs cinématiques ont permis de quantifier la contribution des contraintes normales et tangentielles dans la force de traînée totale. La présence de glissement aux parois de l'obstacle diminue significativement le coefficient de traînée et modifie la morphologie de l'écoulement en réduisant l'étendue des zones cisaillées. Une simulation numérique a été menée dans le cas de la plaque plane avec un modèle élasto-viscoplastique et un code à éléments finis avec points d'intégration Lagrangiens
Many industrial processes include numerous complex fluids often presenting a yield stress. Those fluids can also slip when interfacial conditions are favorable. All these properties affect their flows around obstacles. This thesis aims to understand such flows in a domain where the flow velocities are so low that inertia effects can be neglected compared to viscous effects which are substantially low compared to plastic effects. It analyzes the influence of the velocity and the slip on the drag force and the kinematic fields of the creeping flow of a yield stress fluid around obstacles either with adhesive or slippery wall. The flow is analyzed in steady regime. The considered geometries are the disc, the sphere, the cone and the flat plate. The fluid used has an elasto-viscoplastic behavior which is modelled by the Herschel-Bulkley and Hooke models. This behavior has been characterized by rheometrical tests performed with adherence and slip conditions. The main non-dimensional number is the Oldroyd number, i.e. the ratio between plastic and viscous effects, which ranges from 10 to 200. The drag forces measurements have shown that regardless of the obstacle and the interfacial conditions, the drag coefficient decreases with the Oldroyd number before tending towards to an asymptotical value. This asymptotical value highlights that for high Oldroyd numbers the drag coefficient is no longer governed by the velocity but depends only on the yield stress and the characteristic section of the obstacle. A stability criterion for which the obstacle is held in suspension has been calculated from it. The kinematic fields determined by PIV have enabled to characterize the shape and the extent of the sheared and static regions. The drag forces and the kinematic fields measurements have enabled to quantify the contribution of the normal and tangential stresses in the total drag force. The wall slip significantly reduces the drag coefficient and also reduces the extent of the sheared zones. A numerical simulation has been performed with an elasto-viscoplastic model by means of a code using finite elements method with Lagrangian integration points in the case of an adhesive flat plane

EDF vise à développer une « Approche Prédictive Locale » de la crise d'ébullition, i.e. une approche permettant d'élaborer des prédicteurs (empiriques) de flux critique basés sur des paramètres locaux fournis par le code NEPTUNE_CFD (pour les seuls écoulements à bulle dans un premier temps). Dans ce cadre général, ce travail de thèse a consisté à évaluer la modélisation du code NEPTUNE_CFD, sélectionnée pour simuler les écoulements bouillants à bulles,puis à l'enrichir. Ce dernier objectif nous a conduits à nous intéresser à la modélisation mécaniste de l'ébullition nucléée sous-saturée en convection forcée. Après une analyse bibliographique critique, nous avons identifié des améliorations physiques, en particulier la prise en compte du glissement des bulles le long de la paroi chauffante. Cette voie a nécessité le développement d'une approche de type « bilan des forces » pour renseigner le diamètre de détachement des bulles de leur site actif de nucléation et le diamètre de décollage des bulles de la paroi. Un nouveau modèle d'ébullition nucléée a, pour finir, été proposé, en relation avec ces développements, et évalué de manière préliminaire
EDF aims at developing a "Local Predictive Approach" of the boiling crisis for PWR core configurations, i.e. an approach resulting in (empirical) critical heat flux predictors based on local parameters provided by NEPTUNE_CFD code (for boiling bubbly flows, only in a first stage). Within this general framework, this PhD work consisted in assess one modelling of NEPTUNE_CFD code selected to simulate boiling bubble flows, then improve it. The latter objective led us to focus on the mechanistic modelling of subcooled nucleate boiling in forced convection. After a literature review, we identified physical improvements to be accounted for, especially with respect to bubble sliding phenomenon along the heated wall. Subsequently, we developed a force balance model in order to provide needed closure laws related to bubble detachment diameter from the nucleation site and lift-off bubble diameter from the wall. A new boiling model including such developments was eventually proposed, and preliminary assessed

Ce travail s'inscrit dans une étude systématique menée au sein du laboratoire, d'un certain type de transfert caractérisé par l'existence de particules discrètes. Après avoir étudié les paramètres contrôlant la stabilité des agglomérats à vitesse constante, c'est l'originalité de ce travail d'avoir montré l'influence surajoutée de la vitesse de glissement v. Celle-ci se traduit notamment par l'existence de relations linéaires remarquables de la forme : A = a log v + b où A peut représenter aussi bien le coefficient de frottement u, qu'une caractéristique du transfert telle que la fraction d'aire couverte par les particules de transfert X ou le nombre de particules par unité de surface N. Expérimentalement, ce travail est basé sur l'utilisation d'un tribomètre pion-disque (disques en acier XC38 polis miroir de diam. 44mm et pions cylindriques en graphite compacté de diam. 5mm), associée à l'utilisation systématique de l'analyse d'image pour quantifier les particules de transfert. Pour interpréter ces variations et celles de a avec les conditions expérimentales, deux hypothèses sont examinées plus particulièrement : - la première associée aux valeurs de a < 0 est d'essence purement physique et admet l'existence de phénomènes de stick-slip. L'existence du macrostick-slip impliquant l'ensemble du pion est attestée par l'influence effective de la rigidité de la tête de mesure du tribomètre. La coexistence du microstick-slip à l'échelle des microaspérités est révélée par l'influence des propriétés élastiques du pion (via la granulométrie de la poudre de graphite). - la deuxième associée aux valeurs de a > 0 observées aux températures élevées ou sous atmosphère inerte, est d'essence chimique et admet l'existence de sites actifs (radicaux), dont la concentration serait une fonction de l'atmosphère au sein même du contact et donc liée indirectement à v. Dans la réalité, les deux doivent coexister en permanence avec un dosage variable.

Les liquides confinés présentent beaucoup de comportements fascinants, très différents de ceux qui sont observés dans leur volume. Le confinement peut induire un déplacement de l'équilibre des phases (par exemple de la transition liquide-vapeur, aussi appelé condensation capillaire), il peut modifier la température de transition vitreuses des polymères, ou bien imposer un ordre dans l'arrangement moléculaire du fluide. Les modifications des propriétés mécaniques des liquides aux interfaces sont particulièrement importantes au niveau des applications. Cependant au niveau de la compréhension, le simple cas des liquides newtoniens est toujours sujet à controverse, avec d'une part des simulations numériques montrant que la viscosité ne devrait pas être modifiée pour des confinements supérieurs à quelques tailles moléculaires, et d'autre part des expériences non unanimes, montrant parfois des modifications qualitatives des propriétés rhéologiques sous confinement. Récemment nous avons montré que les méthodes d'impédance hydrodynamique en géométrie sphère-plan constituent une méthode privilégiée, non-intrusive et non-ambigüe, pour aborder la nano-mécanique des liquides aux interfaces (1,2). S'agissant d'interphases, cad de couches fluides dont les propriétés sont modifiées par la proximité d'un solide, il est possible d'accéder à leur module sans contact, donc sans la perturbation apportée par une seconde surface. S'agissant de l'effet du confinement sur la rhéologie, nous avons montré que la déformation élastique à l'échelle du pico-mètre des surfaces confinantes, donne une forte modification de la rhéologie apparente du fluide, même en l'absence de tout effet intrinsèque. Le sujet de thèse vise à mettre en oeuvre les méthodes d'impédance hydrodynamique pour étudier la rhéologie de solutions de polymères confinés. On étudiera plus précisément deux systèmes modèles d'importance fondamentale aussi bien que pratique : les brosses de polymères greffés, dont les propriétés mécaniques sont un enjeu dans les applications de lubrification aussi bien que pour les écoulements biologiques, et les solutions de polymères hydro-solubles d'intérêt pour la récupération assistée du pétrole, en vue de comprendre les effets de fluidification sous confinement et de faire la part entre modification de la viscosité et couche de déplétion induite par l'écoulement. Au niveau instrumental, un des enjeux de la thèse sera de mettre en oeuvre les mesures d'impédance hydrodynamique sur deux types d'instruments complémentaires au niveau de l'échelle de la sonde: l'appareil de mesure de forces dynamique (SFA) du Liphy, et l'AFM à détection interférométrique développé à l'Institut Néel. Ces différentes échelles d'investigation devront permettre de préciser les propriétés moyennes mécaniques moyennes des liquides confinés et leurs gradients au voisinage de la paroi. Une perspective du travail sera de mettre en regard les propriétés mécaniques et rhéologiques intrinsèques des brosses polymères déterminées directement sur SFA ou AFM, avec leur propriétés fonctionnelles: propriétés de lubrification des contacts frottants, ou de modification des écoulements des dans micro-canaux. Ceci sera poursuivi sur la plateforme expérimentale mise en place par Lionel Bureau au Liphy : SFA de friction, systèmes micro-fluidiques à visée biomimétique (parois fonctionnalisées par des brosses polymères). L'enjeu sera alors de comprendre comment les propriétés mécaniques et rhéologiques des brosses déterminent celles des systèmes dans lesquels elles interviennent
Liquids confined present many fascinating behaviors very different from those observed in their volume. Confinement can induce a shift in the balance of phases (eg the liquid-vapor transition, also called capillary condensation), it can change the glass transition temperature of the polymer, or impose order on the molecular arrangement of fluid. The changes in the mechanical properties of liquid interfaces are particularly important in applications. However the level of understanding, the simple case of Newtonian liquids is still controversial, with one hand, numerical simulations show that the viscosity should not be changed for some higher molecular sizes containment, and secondly non-unanimous experiences, sometimes showing qualitative changes in rheological properties under confinement. Recently we have shown that the methods of hydrodynamic impedance sphere-plane geometry is a privileged, non-intrusive method and unambiguous, to discuss the mechanics of nano-liquid interfaces (1,2). As interphase, ie fluid layers whose properties are modified by the proximity of a solid, it is possible to accede their contactless module, so without the disturbance caused by a second surface.S As regards the effect of confinement on the rheology, we have shown that the elastic deformation across the pico meter of confining surfaces, gives a strong modification beyond apparent rheology of the fluid, even in the absence of any intrinsic effect. The thesis aims to implement the hydrodynamic impedance methods to study the rheology of polymer solutions confined. We specifically consider two models of fundamental importance as well as practical systems: brushes grafted polymer whose mechanical properties are an issue in lubrication applications as well as for biological flows and solutions of water-soluble polymers interest in enhanced oil recovery, in order to understand the effects of thinning containment and to distinguish between changes in viscosity and depletion layer induced by the flow. At the instrumental level, one of the challenges of the thesis is to implement the hydrodynamic impedance measurements on two complementary instruments at the level of the probe: the measuring dynamic power (SFA) of Liphy, and AFM interferometric detection developed at the Institut Néel. These different scales of investigation will help to clarify the medium average mechanical properties of liquids confined and their gradients near the wall. A view of work will be to look mechanical and rheological properties of polymer brushes intrinsic determined directly on SFA or AFM with their functional properties: lubricating properties of sliding contacts, or modification of the flow in microchannels. This will continue on the implementation by Lionel Bureau Liphy experimental platform: SFA friction advised biomimetic micro-fluidic systems (walls functionalized polymer brushes). The challenge will be to understand how the mechanical and rheological properties of brushes determine those systems in which they operate

L’objectif principal que l’on espère atteindre pour ces travaux de recherche est de définir un modèle d’amorçage des fissures en fatigue pour l’alliage durci par précipitation. Les travaux de ma thèse consistent à étudier les effets de différents états métallurgiques (taille des grains, la taille de précipiter et des distributions de taille associés) sur l’irréversibilité de la déformation plastique, pour les éprouvettes sollicitées à une amplitude de déformation plastique constante. Mes travaux consistent en premier temps à obtenir quelques nuances de matériaux par les traitements thermiques. Dans le second temps, les essais de fatigue sont menés jusqu’en phase d’amorçage des fissures. Les analyses et les observations sont faites par la suite avec multiple techniques expérimentales (microscope à force atomique (AFM), microscopie électronique en transmission (MET), microscopie électronique à balayage (MEB) et electron backscattered diffraction (EBSD)). Les résultats partiaux de ma thèse ont montré qu’il existe une corrélation assez prometteuse entre les comportements mécaniques et les comportements d’irréversibilité de la déformation plastique (microreliefs ou extrusions) étudiés par AFM, MEB et MET. Ces comportements ont une dépendance non négligeable sur les états métallurgiques (taille de grain et précipité ainsi que leurs distributions). L’apparition des fissures est favorisée quand les paramètres d’irréversibilités de la déformation plastique (la hauteur d’extrusion critique et le taux critique d’irréversibilité de la déformation cumulée dans une bande) respectent une certaine condition d’amorçage des fissures
The main objective of this thesis is to investigate the influence of local behaviour related to metallurgical parameters (grains and precipitated sizes) on damage mechanism. In this work, the effects of metallurgical states (grain size, precipitate size and size distributions associated with), under one constant plastic deformation amplitude on irreversibility of plastic deformation are investigated. For this purpose, it is necessary to obtain a range of well controlled precipitate size with a same grain size and inversely. The fatigue tests are conducted until crack initiation phase. The analysis and observations are made subsequently with multiple experimental techniques (atomic force microscope (AFM), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), and electron backscattered diffraction (EBSD)). This partial results of my thesis have shown that the correlation that exists between the mechanical behavior and the behavior of the irreversible plastic deformation (microreliefs or extrusions) studied by AFM, SEM and TEM is very promising. Moreover they are found to have a significant dependence on metallurgical states (grain size and precipitate their distributions). When the parameters of the irreversible plastic deformation (extrusion height criticism and critical rate of irreversible strain accumulated in a band) meet certain conditions, the nucleation of cracks is favored

Le microscope à force atomique (AFM) permet de caractériser avec une excellente résolution spatiale les surfaces d’échantillons de différentes natures et peut être mis en œuvre dans des milieux variés. Cette versatilité a favorisé le développement d’un grand nombre de techniques dérivées, destinées à investiguer diverses propriétés physiques locales. Le LGEP a ainsi réalisé un module, le Résiscope, capable de mesurer la résistance électrique locale à la surface d’un échantillon polarisé en continu, sur une gamme de 11 décades. Mise au point en mode contact, où la pointe exerce en permanence une force sur l’échantillon, cette technique fonctionne très bien sur des matériaux durs, mais trouve ses limites sur des échantillons mous ou fragiles puisque dans certaines conditions, la pointe peut altérer leur surface. Pour de tels échantillons, un mode contact intermittent, dans lequel la pointe vient à intervalles réguliers toucher très brièvement la surface, est plus approprié, mais complique la réalisation des mesures électriques. Le but de la thèse consistait à lever cette difficulté en modifiant le Résiscope pour pouvoir l’associer au « Pulsed Force Mode », mode intermittent où la pointe oscille à une fréquence de 100Hz à 2000Hz.Différentes évolutions matérielles et logicielles ont été apportées pour permettre le suivi temporel détaillé du signal de résistance électrique à chaque établissement/rupture de contact (indispensable pour passer en revue les phénomènes liés à l’intermittence), de même que pour pouvoir travailler à des vitesses de balayage acceptables. Pour l’imagerie, les meilleurs contrastes ont été obtenus grâce à une électronique de synchronisation et de traitement prenant en compte les valeurs de résistance électrique à des moments bien précis. Pour tester ce nouveau système, nous avons dans un premier temps comparé les courbes de résistance et de déflexion que nous obtenons par ce mode avec celles considérées classiquement dans le mode approche-retrait. Nous avons ensuite étudié l’influence des principaux paramètres (fréquence et amplitude d’oscillation, force d’appui, type de pointe, etc.) sur les mesures topographiques et électriques, en utilisant le HOPG comme matériau de référence. Ces essais ont notamment permis de mettre en évidence un retard quasi systématique du signal électrique par rapport au signal de déflexion (autre que le temps de mesure propre au Résiscope), dont nous n’avons pu élucider l’origine. Une fois ces connaissances acquises, nous avons étudié deux types d’échantillons organiques, l’un à caractère académique – des monocouches auto-assemblées d’alcanethiols (SAMs), l’autre à finalité plus applicative – des couches minces formées d’un réseau interpénétré de deux constituants (P3HT:PCBM) destinées aux cellules photovoltaïques. Dans les deux cas nous avons montré la pertinence de l’outil Résiscope en mode intermittent pour obtenir des informations qualitatives et quantitatives. Parallèlement à ces travaux sur matériaux fragiles, nous avons mené une étude annexe sur un phénomène de croissance de matière à caractère isolant constaté dans des conditions particulières sur différents matériaux durs, qui a été interprété comme la formation de polymère de friction sous l’effet des nano-glissements répétés associés à la déflexion du levier.Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’une convention CIFRE avec la société Concept Scientifique Instruments, adossée au projet ANR « MELAMIN » (P2N 2011)
The atomic force microscope (AFM) allows to characterize with excellent spatial resolution samples of different types of surfaces and can be implemented in various environments. This versatility has encouraged the development of a large number of derivative technics, intended to investigate various local physical properties. The LGEP thus achieved a module, the Résiscope, capable of measuring the local electrical resistance on the surface of a sample polarized continuously, on a range of 11 decades. Developed in contact mode, where the tip continuously exerts a force on the sample, this technic works well on hard materials, but finds its limits on soft or fragile samples since under certain conditions, the tip can alter the surface. For such samples, an intermittent contact mode, in which the tip comes at regular intervals touch very briefly the surface, is more appropriate, but complicates the achievement of electrical measurements. The aim of this thesis was to overcome this difficulty by changing the Résiscope to be able to join the "Pulsed Force Mode", intermittent mode where the tip oscillates at a frequency of 100Hz to 2000Hz. Different hardware and software changes have been made to permit the detailed temporal monitoring of the electrical resistance signal to each make / break contact (necessary to review the phenomena related to intermittency), as well as to be able to work in acceptable scan speeds. For imaging, the best contrasts were obtained through an electronic timing and treatment taking into account the electrical resistance values at specific times.To test this new system, we have initially compared resistance and deflection curves we get by this mode with those considered classically in the force-distance curves mode. We then investigated the influence of main parameters (frequency and amplitude of oscillation, setpoint, coating of the tips, etc.) on the topographical and electrical measurements, using the HOPG as reference material. These tests resulted to highlight a nearly systematic delay of the electrical signal relative to the deflection signal (other than the Resiscope measure time), which we were not able to elucidate the origin. Once these knowledge acquired, we studied two types of organic samples, one in academic nature - Self-Assembled Monolayers of alkanethiols (SAMs), the other more applicative purpose – formed of thin layers of an interpenetrating network of two components (P3HT:PCBM) for photovoltaic cells. In both cases we have shown the relevance of the Resiscope tool in intermittent mode to obtain qualitative and quantitative information. In addition to these work on fragile materials, we conducted an annex study on a phenomenon of growth material of insulating nature found in special conditions on various hard materials, which has been interpreted as the friction polymer formation as a result of repeatedly nano-sliding associated with the deflection of the cantilever. These investigations were conducted under a CIFRE agreement with the Concept Scientific Instruments company, backed by the ANR MELAMIN» (P2N 2011) project

L’intégrité des couches protectrices d’oxyde thermiques se développant à haute température à la surface des matériaux métalliques dépend des niveaux de contraintes générées et de leurs mécanismes de relaxation. Le comportement des films de chromine formés sur les alliages modèles NiCr et Fe47Cr a ici été étudié. Les contraintes résiduelles générées après oxydation des substrats à différentes températures (700°C-1000°C) et durées d’oxydation (3h et 18h) ont été déterminées par spectroscopie Raman. Ces contraintes évoluent avec les conditions d’oxydation de manière monotone (système Ni30Cr/Cr2O3) ou non (système Fe47Cr/Cr2O3). Les variations de déformation à l’échelle du grain ont aussi été suivies par AFM. Pour le premier système, relaxation non destructive par fluage de l’oxyde et délamination sont plus ou moins activées en bon accord avec l’évolution des contraintes résiduelles. Dans le second cas, un mode supplémentaire de relaxation des contraintes par fissuration doit également entrer en jeu. Les propriétés viscoplastiques des couches de chromine formées sur Ni30Cr et Ni28Cr ont pu être caractérisées par diffraction in situ à haute température sur rayonnement Synchrotron, en découplant les effets liés à l’activation thermique de ceux liés à la taille de grain. Le type de fluage intervenant dans la relaxation des contraintes générées dans les couches de chromine a pu être mis en évidence en confrontant les résultats obtenus à un modèle théorique de fluage diffusion. La valeur de l’énergie d’activation associée (130 kJ/mol) a montré, par comparaison avec les données de la littérature, que ce mode non destructeur de relaxation est gouverné par le transport des anions d’oxygène aux joints de grains de l’oxyde. L’ajout d’un élément réactif (Y ou Zr) au substrat Ni28Cr provoque, avec l’augmentation de la quantité introduite, un ralentissement croissant de la cinétique de formation des films de chromine. Cependant, cette quantité introduite ne semble exercer aucun effet significatif sur les niveaux de contraintes résiduelles. A l’échelle microscopique, on constate en général une diminution de la taille des grains avec la présence d’éléments réactifs, une double distribution ayant aussi été observée pour les quantités élevées. Les résultats issus des mesures par diffraction in situ et ceux obtenus par AFM (glissement aux joints de grains de l’oxyde) ont montré que la capacité des films de chromine à relaxer les contraintes grâce à leur comportement viscoplastique pourrait être retardée et/ou diminuée en présence des éléments yttrium et zirconium. Toutefois, ce mécanisme pourrait opérer pour des épaisseurs plus faibles des films de chromine
Integrity of protective oxide scales developing at the metallic alloys surface at high temperature depends on the stress generation and their relaxation mechanisms. In this work, the behaviour of chromia scales formed on NiCr and Fe47Cr model alloys has been investigated. Raman spectroscopy was used to determine the residual stress level in chromia thin films after oxidation at different temperatures (700°C-1000°C) for 3 h and 18 h. A monotonous evolution of residual stresses with oxidation conditions was noted for the Ni30Cr/Cr2O3 system but not for the Fe47Cr/Cr2O3 one. The strain variations at microscopic scale was also determined by using atomic force microscopy. For the first studied system, non destructive relaxation by creep of the oxide and buckling can be more or less activated, in agreement with the residual stresses evolution. And a third additional stress release mode by intra film cracking could take place for the second system. In situ high temperature oxidation coupled with Synchrotron X-rays diffraction was also used to characterize the viscoplastic properties of chromia scales grown on Ni30Cr and Ni28Cr, with dissociating the effects related to thermal activation and grain size. The creep mechanism responsible of stress release in chromia scales has been evidenced by comparing experimental results with a diffusional creep model. Confrontation of the obtained activation energy (130 kJ.mol-1) with literature results has shown that this non destructive relaxation mode was likely governed by grain boundary transport of oxygen species. When a reactive element (Y or Zr) was added to the metallic substrate Ni28Cr, an important decrease of the oxidation rate was noted when increasing the amount of introduced element. No significant effect of this quantity on the residual stress level was however observed. At microscopic scale, a reduction of grain size has been also noted and two distinguished grains distribution appeared for the higher quantities. Results of in situ Synchrotron diffraction measurements and those of atomic force microscopy (grain boundary sliding) showed that the ability of chromia films to release stress thanks to their viscoplastic properties could be delayed and/or decreased with the presence of an active element. However, this mechanism could operate for smaller chromia films thicknesses

Les AMF à base fer se distinguent par la présence d'un couplage entre la transformation de phase et le glissement plastique. Pour caractériser leur comportement thermomécanique, des essais cycliques de chargement mécanique effectués à différentes températures et à différents niveaux de chargement, suivis par chauffage, ont été effectués. Ceux ci nous ont permis de distinguer les spécificités des AMF à base fer comme la non linéarité des interactions inter et intragranulaires, l'évolution des contraintes critiques avec la température, l'effet de la déformation plastique sur celle de transformation et l'activation de la transformation inverse uniquement par chauffage. En s'inspirant des résultats de ces essais, une loi de comportement, intégrant toutes ces spécificités, est proposée. Elle dérive d'une expression de l'énergie libre de Gibbs issue de considérations micromécaniques. Elle présente deux variables internes, la fraction volumique de martensite pour décrire la transformation de phase et le taux de plasticité pour le comportement plastique. Cette loi a été implémentée dans le code éléments finis Abaqus via la subroutine UMAT. Elle a été validée par comparaison des simulations numériques avec les résultats expérimentaux. Suite à cette validation, des applications en AMF à base fer ont été étudiées. Les résultats obtenus ont montré la capacité du modèle à être utilisé comme outil de dimensionnement de structures en AMF à base fer
The Fe-based shape memory alloys (SMAs) present a specific thermomechanical behaviour compared with classical SMAs. In this PhD thesis, experimental thermomechanical tests were performed in order to study such behavior. The applied loading is a tension followed by a significant heating. The loading cycle is repeated at different constant temperatures and maximum stresses. The experimental results show a coupling between two non linear inelastic mechanisms: phase transformation and plasticity. The reverse transformation activated only during heating, the effect of plastic strain on the transformation one, were also analysed. Taking into account all these specificities, a finite element numerical tool adapted to Fe-based SMA structural analysis is proposed. It is based on a developed constitutive model which describes the effect of phase transformation, plastic sliding and their interactions on the thermomechanical behavior. Two scalar internal variables were considered to describe phase transformation and plastic sliding effects. This model was derived from an assumed expression of the Gibbs free energy taking into account, in addition to mechanical and chemical quantities, the non linear interaction quantities related to inter- and intra-granular incompatibilities. The numerical tool derived from the implicit resolution of the non linear partial derivative constitutive equations was implemented in the Abaqus finite element code via the UMAT subroutine. After verification tests for homogeneous and heterogeneous thermo-mechanical loadings, two examples of Fe-based SMA applications were studied. They correspond to Fe-based SMA tightening systems: a fish plates for crane rails and a ring for tubes connection

Cette thèse étudie les contrôles des processus gravitaires transférant la production carbonatée des plateformes vers les bassins. Ces travaux consistent en 1) une synthèse géologique de la sédimentation gravitaire dans les systèmes carbonatés et une typologie des configurations favorables pour le transfert distal de la production grossière 2) une méthodologie de modélisation numérique innovante combinant la modélisation stratigraphique forward et le calcul de la stratigraphie mécanique. Elle évalue les mécanismes d’instabilités au cours de l’évolution d’un système. Ces travaux s’appuient sur deux cas d’analogues Plio-Quaternaire: La pente occidentale sous-le-vent du Great Bahama Bank (GBB) et le système d’Exuma Sound/San Salvador, qui constitue une voie exceptionnelle de transport distal de sables carbonatés vers la plaine abyssale. Une caractérisation commune des processus de transferts gravitaires a été établie pour ces deux zones. Des essais œdométriques et de cisaillement triaxial ont été conduits pour obtenir les paramètres géomécaniques des sédiments. La méthodologie de modélisation numérique a été appliquée à un transect 2D de la pente occidentale du GBB sur l’intervalle 1,7-0 Ma. Elle précise le mécanisme de progradation de la marge sous-le-vent, liée au développement de prismes marginaux cimentés de bas-niveaux. La modélisation de la stratigraphie mécanique souligne le contrôle des instabilités gravitaires par la géométrie des dépôts et les surpressions de fluides. Celles-ci se développent sous l’effet des charges piézométriques transitoires dans la plate-forme émergée, favorisant la déstabilisation de la marge de la plate-forme
This PhD thesis focuses on the controls of the gravitational processes transferring the carbonate production of the platform towards the basins. This work consists in 1) a geological synthesis of the gravity-driven sedimentation in carbonate systems and a typology of favorable configurations for the distal transfer of coarse material 2) an innovative numerical modeling workflow combining the forward stratigraphic modeling and the computation of the mechanical stratigraphy. It estimates the instability mechanisms during the evolution of the system. This work is based on two Plio-Quaternary analog cases: The Great Bahama Bank (GBB) Western leeward slope and the Exuma Sound/San Salvador deep basin and major canyon system, which constitutes an exceptional conduit of distal transport of carbonate sands to the abyssal plain. A common characterization of gravitational transfer processes was established for these two zones. Oedometer and triaxial tests were conducted for the determination of geomechanical parameters of the sediments. The numerical modeling workflow was applied to a 2D transect of the western slope of the GBB over the 1.7-0 Ma interval. It precises the progradation mechanism of the leeward margin related to the development of marginal cemented lowstand wedges. The modeling of the mechanical stratigraphy underlines the control of the gravitational instabilities by the geometry of the platform and fluid overpressures. The latter develop under the effect of transient piezometric head in the emerged platform, promoting the destabilization of the platform margin

Les composites à renforts fibreux sont très prisés dans les industries de pointe comme l’aéronautique ou l’automobile du fait de leur rapport propriété mécanique/masse supérieur à celui des métaux. Leur mise en forme complexe présente de forts enjeux scientifiques, notamment pour les composites à renforts tissés. En effet, les renforts tissés sont sujets à l’apparition de défauts lors de leur mise en forme sur géométries complexes à double courbure. Certains de ces défauts ont déjà fait l’objet de plusieurs études alors que d’autres, comme les défauts de bouclage et de glissement des mèches, n’ont pour le moment pas encore été totalement explorés. À l’heure actuelle, les codes de simulations ne peuvent pas prédire précisément l’apparition et le développement des défauts de bouclage et de glissement des mèches lors de la mise en forme des renforts tissés. L’une des raisons est le manque de connaissances sur l’origine et la cinématique de développement de ces défauts. Ce travail de thèse propose d’apporter plus de compréhension sur ces défauts par une approche expérimentale et numérique. Concernant le défaut de bouclage, l’influence des tensions dans les réseaux de mèches, de la nature du renfort, de l’armure du renfort et des dimensions des mèches ont été étudiés. Pour le défaut de glissement, l’influence du type de renfort, des tensions dans les mèches, de l’armure du renfort et de l’orientation des mèches dans le renfort ont été explorés. Ces résultats ouvrent des perspectives concernant l’amélioration de la qualité des pièces composites
Composites with fibrous reinforcements are extensively used in advanced industries such as aeronautics or the automotive industry because of their higher mechanical property/mass ratio compared to that of metals. Their complex shape forming presents major scientific challenges, particularly for composites with woven reinforcements. In fact, woven reinforcements are subject to defects when shaped on complex geometries with high curvature. Some of these defects have already been the subject of several studies, while others, such as the tow buckling and sliding defects, have not been fully explored yet. At this moment, simulation codes cannot accurately predict the occurrence and development of tow buckling and sliding defects during the shape forming of woven reinforcements. One of the reasons is the lack of knowledge about the origin and kinematics of these defects. This thesis work proposes to bring more understanding on these defects through an experimental and numerical approach. Concerning the tow buckling defect, the influence of tensions in the tows network, the nature of the reinforcement, the reinforcement weave and the dimensions of the tows have been studied. For the sliding defect, the influence of the type of reinforcement, tensions in the tows, the reinforcement weave and the orientation of the tows in the reinforcement have been explored. These results open up perspectives for improving the quality of composite parts

Lorsqu’un avion atterrit, la force principale nécessaire pour arrêter l’avion est obtenue par le freinage. Par une réduction de la vitesse de rotation des roues, les freins provoquent une vitesse de glissement entre les pneus et la piste. C’est cette différence de vitesse qui génère la force de freinage capable de stopper l’avion. La modélisation de cette force est essentielle pour l’estimation de la longueur de piste à l’atterrissage. Les modèles classiques utilisés par les avionneurs sont assez simplistes et dérivent expérimentalement des modèles de frictions les plus simples. De sorte que ces modèles sont dans l’incapacité d’estimer l’influence de paramètres clefs influençant la force de freinage. Il s’agit, en particulier de la pression des pneus, de la nature de la gomme, de la température ambiante et de celle de la gomme, de l’état de la piste, de sa texture, etc. L’objectif de la thèse a été de développer un modèle de contact pneu-piste capable d’estimer la force de freinage. C’est le « Brush Model » qui a servi de base à cette modélisation. En phase de freinage la zone de contact est constituée d’une première zone de déformation de la gomme qui crée une force résistante en suivant la loi de Hooke, puis d’une seconde zone de glissement dont la force de résistance suit la loi de Coulomb. Ce modèle a été amélioré grâce aux résultats de la mécanique des structures pour la loi de Hooke et grâce aux résultats de la tribologie pour la loi de Coulomb. Ces deux modélisations faisant appel aux données issues de la science des matériaux. L’ensemble de ces modélisations a été enrichi par une coopération avec plusieurs centres de recherches ayant fourni de nombreux résultats expérimentaux. Le modèle obtenu a ensuite été confronté avec des résultats d’essais en vol obtenus avec « Airbus Operations S.A.S ». La thèse a validé le prétraitement des données d’essais ainsi que le processus d’identification qui a permis de montrer l’accord du modèle avec les résultats expérimentaux obtenus lors des essais en vol. Cette modélisation donne des résultats très encourageants, elle permet une compréhension beaucoup plus approfondie des effets de l’environnement sur les forces de freinage. De sorte que cette thèse a permis d’améliorer très sensiblement la compréhension fondamentale des phénomènes en jeu lors du freinage, au contact entre le pneu et la piste. Chez Airbus, les résultats obtenus vont servir de base pour les travaux à venir sur ce thème
As an aircraft lands on a runway, the principal force acting to stop the aircraft within the confines of the runway is generated by the brakes. The brakes cause the tire’s rotational speed to slow down with regards to the aircraft’s speed over the ground. This difference in speed causes friction and it is this friction that is the principal force to stop the aircraft. In order to be able to estimate the stopping distance of an aircraft an understanding of this friction is essential. Traditionally, aircraft manufactures have relied on simplistic, empirically derived friction models. However, these empirical models cannot estimate the influence of several key factors that are known (scientifically) to affect friction such as the rubber temperature, the runway texture, the ambient air temperature and the rubber composition to name a few. This PhD work aims to develop a frictional model that can be used to estimate the friction developed between an aircraft tire and the runway. A model commonly known as the Brush Model, is derived for usewith aircraft tires and runways. The underlying physics of this model are developed using the established scientific theories of tribology, material science and strength of materials. Coordination with several research institutes provides experimental results to reinforce the model. The model is then compared with flight test results obtained from a partnership with Airbus OperationsS.A.S. The PhD works demonstrates the entire validation process from flight test data cleaning, the derivation of a curve-fitting algorithm and the matching of derived model with the flight test data. The modeling has shown very encouraging results. It allows for a much deeper understanding of the environmental effects on friction. This PhD work has greatly improved the fundamental understanding of friction and will serve as a base for future works with Airbus

Cette thèse a pour objectif de quantifier l'aléa rocheux de type chute de blocs sur une galerie pare-blocs et ainsi pouvoir intégrer cette structure dans un système de détection et d'alerte de l'activité d'un versant rocheux. Pour ce type de problème, les méthodes inverses peuvent permettre une caractérisation (identification et localisation) de l'effort subi par la structure. Ces méthodes sont largement utilisées pour des structures de type poutre et plaques sous charges dynamiques inconnues. Pour résoudre ce genre de problème, l'une des approches les plus utilisées est de créer les fonctions de transfert entre des points d'impact et de mesure sur la structure expérimentalement ou numériquement, de mesurer les réponses, et de trouver la force par déconvolution du signal. Il est connu que ce type de problème est « mal posé ». Afin d'obtenir une solution stable ayant un sens physique, il faut généralement avoir recours à la régularisation soit par filtrage du bruit, soit par des méthodes de régularisation classique, telle que celle de Tikhonov. Le problème de caractérisation des impacts sur une structure devient plus complexe lorsque la localisation du point d'impact est inconnu. Pour résoudre ce problème, on peut utiliser une approche basée sur la minimisation d'une fonctionnelle représentant l'erreur entre les réponses mesurées et estimées en plusieurs points formant un quadrillage sur la structure. Dans le cas d'une structure en situation réelle avec des conditions aux limites complexes, il est préférable d'opter pour une approche expérimentale. Une série d'essai sur des structures simples de type poutre et plaque permet de contrôler les paramètres influents sur la qualité de reconstruction de l'effort. Afin de recréer les caractéristiques de la structure et son comportement, une application de la démarche sur une dalle en béton armée s'avère la plus appropriée. En utilisant les fonctions de transfert obtenues expérimentalement et validées numériquement, la localisation des efforts et l'identification de leurs historiques devient possible. Cette étude ouvre les perspectives d'étendre l'application des méthodes inverses à la caractérisation des efforts de type souffle générés par une avalanche ou par une explosion
The aim of this thesis is to quantify the hazard of rock fall on a rock-shed structure, and thus able to integrate this structure into a system of detection and warning. For this type of problem, the inverse methods may allow a characterization (identification and location) of the effort sustained by the structure. These methods are widely used for structures like beams and plates under dynamic loads unknown. To resolve this problem, one of the most used approaches is to create transfer functions between impact point and measuring point on the structure experimentally or numerically, measure responses, and find the force history by deconvolution of the signal. It is known that this type of problem is "ill posed". To obtain a stable solution with physical sense, it must generally be used to stabilize either by filtering noise, or by conventional methods of regularization, such as that of Tikhonov. The problem of characterization of impacts on a structure becomes more complex when the impact location is unknown. To resolve this problem, we can use an approach based on the minimization of an objective function representing the error between measured and estimated responses at several points forming a grid on the structure. In the case of a real structure with complex boundary conditions, it is preferable to opt for an experimental approach. A series of tests on simple structures like beams and plates can control the parameters affecting the quality of the force location and identification. To recreate the characteristics of the structure and behavior, an application of the approach on reinforced concrete slab is most appropriate. By using transfer functions obtained experimentally and validated numerically, the location and identification of force history becomes possible. This study opens perspectives to extend the application of inverse methods to characterize the efforts of such breath generated by a flood or an explosion

Ce travail a pour objectif d'étudier, de manière expérimentale et numérique, la condition
limite hydrodynamique pour les écoulements de liquides simples en présence d'une paroi
solide.
Dans une première partie nous avons étudié ce problème pour différents systèmes, à
l'aide d'une machine à forces de surfaces dynamique. Nous avons mis en évidence que l'état
des surfaces et la nature de l'interaction solide-liquide sont des paramètres déterminants
pour la condition limite hydrodynamique. Nous n'obtenons du glissement que dans le cas de
liquides non mouillants. Pour un fluide confiné entre des surfaces hydrophobes lisses, nous
montrons que l'écoulement est très bien décrit par une condition limite de glissement dont
la longueur caractéristique est indépendante du confinement et du taux de cisaillement.
Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés à étudier, par des simulations de
dynamique moléculaire, l'effet conjugué de la rugosité et de la mouillabilité sur la condition
limite. Nous avons montré que selon la pression et la forme de la rugosité, la présence
de cette dernière peut augmenter fortement le glissement ou au contraire le diminuer.
Enfin nous avons étudié l'influence

La thématique étudiée dans ce mémoire est axée sur la préservation de la stabilité dynamique de véhicules évoluant en environnement naturel. En effet, la mobilité en milieu tout-terrain est une activité particulièrement pénible et dangereuse en raison de la nature difficile de l'environnement de conduite et de la reconfigurabilité des machines. Le caractère changeant et incertain des interactions rencontrées entre des véhicules à dynamique complexe et variable et leur environnement entraîne régulièrement des risques accrus de renversement et/ou de perte de contrôle (dévalement, dérapage déclenché par une perte soudaine d'adhérence) pour le conducteur. Une forte accidentalité mortelle est, en effet, recensée dans ce secteur, en particulier, dans le milieu agricole ou le renversement de véhicule est classé comme étant la première cause de mortalité au travail. A l'heure actuelle, les approches existantes sur la stabilité d'engins agricoles sont qualifiées à juste titre de passives car elles ne permettent pas d'éviter que les accidents ne se produisent. Par ailleurs, la transposition directe des solutions de sécurité active du secteur de l'automobile (ABS, ESP) s'est révélée inadaptée aux véhicules tout-terrain a cause des hypothèses simplificatrices (routes plates et homogènes, conditions d'adhérence constantes, etc.) dont souffre la conception de ces dispositifs. Ainsi, le développement de systèmes actifs de sécurité prenant en compte les spécificités de la conduite en milieu tout-terrain se révèle être la meilleure voie d'amélioration à suivre. Eu égard à ces circonstances, ce projet se propose d'adresser cette problématique en étudiant des métriques de stabilité pertinentes permettant d'estimer et d'anticiper en temps réel les risques afin de permettre des actions correctives pour la préservation de l'intégrité des machines tout-terrain. Afin de faciliter l'industrialisation du dispositif actif de sécurité conçu, l'une des contraintes sociétales et commerciales de ce projet a été l'utilisation de capteurs compatibles avec le coût des machines visées. L'objectif ambitieux de cette étude a été atteint par différentes voies. En premier lieu, une approche de modélisation multi-échelle a permis de caractériser l'évolution dynamique de véhicules en milieu tout-terrain. Cette approche à dynamique partielle a offert l'avantage de développer des modèles suffisamment précis pour être représentatifs du comportement réel de l'engin mais tout en présentant une structure relativement simple permettant la synthèse d'asservissements performants. Puis, une étude comparative des avantages et des inconvénients des trois grandes familles de métriques répertoriées dans la littérature a permis de mettre en exergue l'intérêt des métriques analytiques à modèle dynamique par rapport aux catégories de critères de stabilité dits statiques et empiriques. Enfin, l'analyse approfondie des métriques dynamiques a facilité le choix de trois indicateurs (Lateral and Longitudinal Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) et Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) qui sont représentatifs d'un risque imminent de renversement du véhicule. La suite du mémoire s'appuie sur la théorie d'observation pour l'estimation en ligne des variables non directement mesurables en milieu tout-terrain telles que les rigidités de glissement et dérive du pneumatique. Jumelée aux différents modèles dynamiques du véhicule, la synthèse d'observateurs a permis donc d'estimer en temps réel les efforts d'interaction pneumatiques-sol nécessaires à l'évaluation des indicateurs d'instabilité. Le couplage de ces modèles multi-échelles à la théorie d'observation a ainsi constitué un positionnement original à même de briser la complexité de la caractérisation de la stabilité de véhicules à dynamiques complexes et incertaines. (...)
This work is focused on the thematic of the maintenance of the dynamic stability of off-road vehicles. Indeed, driving vehicles in off-road environment remains a dangerous and harsh activity because of the variable and bad grip conditions associated to a large diversity of terrains. Driving difficulties may be also encountered when considering huge machines with possible reconfiguration of their mechanical properties (changes in mass and centre of gravity height for instance). As a consequence, for the sole agriculture sector, several fatal injuries are reported per year in particular due to rollover situations. Passive protections (ROllover Protective Structure - ROPS) are installed on tractors to reduce accident consequences. However, protection capabilities of these structures are very limited and the latter cannot be embedded on bigger machines due to mechanical design limitations. Furthermore, driving assistance systems (such as ESP or ABS) have been deeply studied for on-road vehicles and successfully improve safety. These systems usually assume that the vehicle Center of Gravity (CG) height is low and that the vehicles are operating on smooth and level terrain. Since these assumptions are not satisfied when considering off-road vehicles with a high CG, such devices cannot be applied directly. Consequently, this work proposes to address this research problem by studying relevant stability metrics able to evaluate in real time the rollover risk in order to develop active safety devices dedicated to off-road vehicles. In order to keep a feasible industrialization of the conceived active safety device, the use of compatible sensors with the cost of the machines was one of the major commercial and societal requirements of the project. The ambitious goal of this study was achieved by different routes. First, a multi-scale modeling approach allowed to characterize the dynamic evolution of off-road vehicles. This partial dynamic approach has offered the advantage of developing sufficiently accurate models to be representative of the actual behavior of the machine but having a relatively simple structure for high-performance control systems. Then, a comparative study of the advantages and drawbacks of the three main families of metrics found in the literature has helped to highlight the interest of dynamic stability metrics at the expense to categories of so-called static and empirical stability criteria. Finally, a thorough analysis of dynamic metrics has facilitated the choice of three indicators (Longitudinal and Lateral Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) and Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) that are representative of an imminent rollover risk. The following of the document is based on the observation theory for estimating online of variables which are not directly measurable in off-road environment such as slip and cornering stiffnesses. Coupled to the dynamic models of the vehicle, the theory of observers has helped therefore to estimate in real time the tire-soil interaction forces which are necessaries for evaluating indicators of instability. The coupling of these multiscale models to the observation theory has formed an original positioning capable to break the complexity of the characterization of the stability of vehicles having complex and uncertain dynamics. (...)

Le cadre de cette étude est une variété fermée de dimension au moins six qui est munie d'une classe de cohomologie de De Rham non-nulle. L'objectif de la thèse est de créer des outils pour répondre au problème de savoir si deux 1-formes fermées non-singulières (sans zéro) dans la classe fixée sont toujours isotopes. La réponse générale à la question est non, et une obstruction de type K-théorique est attendue. Il est toujours possible de relier deux 1-formes fermées non singulières par un chemin qui reste dans la classe de cohomologie ; l'isotopie des extrêmes du chemin équivaut à déformer le chemin par une homotopie relative en un autre constitué de 1-formes non-singulières. On introduit deux sortes de pseudo-gradients pour chaque nombre L positif : ceux avec une liaison L-élémentaire et ceux que nous appelons L-transverses. Ils forment une classe de champs de vecteurs adaptés aux 1-formes qui permettent de faire une lecture algébrique associée au chemin. Cette lecture est analogue à celle qui est faite dans la théorie de Hatcher-Wagoner qui traitait le problème d'isotopie pour les fonctions à valeurs réelles sans point critique. On réussit à trouver un nombre L assez grand pour déformer un chemin de 1-formes à deux indices critiques en un autre chemin muni d'un équipement L-transverse qui est sous forme normale. Les zéros d'un tel chemin de 1-formes qui sont nés ensemble, s'éliminent ensemble et de plus le graphique de Cerf-Novikov associé se ferme : la lecture algébrique citée appartient à un certain K_2, ce qui est au point de départ de la définition d'une obstruction à l'isotopie des 1-formes fermées non-singulières.

Le cadre de cette étude est une variété fermée de dimension au moins six qui est munie d'une classe de cohomologie de De Rham non-nulle. L'objectif de la thèse est de créer des outils pour répondre au problème de savoir si deux 1-formes fermées non-singulières (sans zéro) dans la classe fixée sont toujours isotopes. La réponse générale à la question est non, et une obstruction de type K-théorique est attendue. Il est toujours possible de relier deux 1-formes fermées non singulières par un chemin qui reste dans la classe de cohomologie ; l'isotopie des extrêmes du chemin équivaut à déformer le chemin par une homotopie relative en un autre constitué de 1-formes non-singulières. On introduit deux sortes de pseudo-gradients pour chaque nombre L positif : ceux avec une liaison L-élémentaire et ceux que nous appelons L-transverses. Ils forment une classe de champs de vecteurs adaptés aux 1-formes qui permettent de faire une lecture algébrique associée au chemin. Cette lecture est analogue à celle qui est faite dans la théorie de Hatcher-Wagoner qui traitait le problème d'isotopie pour les fonctions à valeurs réelles sans point critique. On réussit à trouver un nombre L assez grand pour déformer un chemin de 1-formes à deux indices critiques en un autre chemin muni d'un équipement L-transverse qui est sous forme normale. Les zéros d'un tel chemin de 1-formes qui sont nées ensemble, s'éliminent ensemble et de plus le graphique de Cerf-Novikov associé se ferme : la lecture algébrique citée appartient à un certain K2, ce qui est au point de départ de la définition d'une obstruction à l'isotopie des 1-formes fermées non-singulières
The framework of this study is a closed manifold of dimension at least six that is provided with a nonzero De Rham cohomology class. The aim is to create tools to address the next problem : two closed non-singular (without zeroes) 1-forms in the fixed class are always isotopic ? The general answer to the question is no, and a K-theoretical obstruction is expected. It is always possible to connect two non-singular closed 1-forms by a path that remains in the cohomology class ; the isotopy of the two ends of the path is equivalent to find a relative homotopy of the path to another one made of non-singular 1-forms only. We introduce two kinds of pseudo-gradients for each positive number L : those with an L-elementary link and those that we call L-transverse. They form a class of vector fields adapted to the 1-forms that allows to do an algebraic reading associated with the path. This reading is similar to that made in the theory of Hatcher-Wagoner who treated the isotopy problem of real-valued functions without critical points. We manage to find L, a number large enough to deform a path of 1-forms with only two critical indices into another one with an L-transverse equipment in normal form. The zeroes of such a path that are born together, die together and moreover, the associated Cerf-Novikov graphic is closed : the cited algebraic reading belongs to some K2, which is the starting point for the definition of an obstruction for two non-singular closed 1-forms to be isotopic

Dans le domaine maritime, nous sommes face à plusieurs défis qui nécessitent beaucoup d’efforts scientifiques. Ces défis ne se limitent pas à la corrosion, au bio-fouling ou au phénomène de cavitation, mais ils posent les questions liées à l’écologie et à l’économie, pour le choix des solutions à privilégier. Dans ce travail de recherche, nous avons apporté notre contribution par une proposition d’une solution simple, à la fois écologique et économique en élaborant la synthèse de nanofils d’oxyde de zinc (ZnO) sur un substrat en aluminium. La solution a été inspirée par la nature, notamment la feuille de Lotus, avec ses propriétés superhydrophobes permettant de grands angles de contact, des angles de glissement faible et une bonne vitesse de glissement. Notre solution a démontré ses potentialités pour les aspects de super-hydrophobicité avec des meilleurs angles de contact et glissement. À ce propos, après l’application de notre solution à base de nanofils ZnO, la vitesse de glissement a été améliorée par un facteur de plus de 20, les efforts de traînée ont été réduits de plus de 10 fois et le nombre d’accrochage des organismes liés au biofouling a été divisé par 2. Nous avons conduit également une étude de marché sur trois types de peintures industrielles pour le maritime, c’est une étape indispensable pour la référence. Après l’analyse des peintures industrielles, l’avantage a été donné pour la peinture antifouling à base de silicone, permettant une vitesse de glissement supérieure à notre référence naturelle, “la feuille de Lotus”
In the maritime field, we face several challenges that require a lot of scientific effort. These challenges are not limited to corrosion, bio-fouling or cavitation, but they also evoke the necessary ecological and economic questions for any proposed solutions. In this research work, we tried to participate in this challenge by proposing a simple, ecological and economical solution, through the development of the synthesis of zinc oxide nanorods (ZnO) on an aluminum substrate. The solution was inspired by nature, especially the Lotus Leaf, with its superhydrophobic (SH) properties allowing for large contact angles, small sliding angles and good sliding speed. Our solution has demonstrated its potential SH capabilities with better contact and sliding angles. After the application of our ZnO nanorods solution, the sliding speed has been improved by a factor greater than 20, the drag forces have been reduced by more than 10 times and the accumulation attachments of the bio-fouling organisms were divided by 2. Otherwise, we have conducted the essential market study on three types of industrial marine paints. After analyzes, the ad-vantage has been given to the anti-fouling silicone paint with a higher sliding speed than our natural reference the “Lotus Leaf”

Ce travail étudie l'influence des propriétés de surface sur l'écoulement limite de liquides
simples aux parois solides, à l'aide d'expériences de nanorhéologie réalisées avec
une machine à forces de surfaces dynamique. Nous mettons d'abord en évidence l'influence
du mouillage sur la condition limite hydrodynamique intrinsèque s'appliquant sur
des surfaces lisses à l'échelle nanométrique. Nous montrons en revanche que le glissement
interfacial ne dépend pas de la viscosité du liquide. Nous étudions ensuite l'écoulement
limite et la friction sur des interfaces complexes d'intérêt biologique solide/bicouche de
phospholipides/eau. Enfin nous étudions l'écoulement de mélanges eau-glycérol sur des
surfaces texturées et superhydrophobes. Nous mesurons à distance les propriétés élastiques
de ces surfaces dues aux poches de gaz piégées. Nous montrons que contrairement
à une idée répandue, ces poches de gaz ne sont pas toujours lubrifiantes et peuvent
augmenter significativement la friction interfaciale.

La Formation Ayabacas est une unité resédimentée, affectée de déformations spectaculaires, qui affleure irrégulièrement dans les Andes du sud du Pérou. Elle résulte du collapse sous-marin, aux alentours de la limite Turonien-Coniacien (~91-89 Ma), de la quasi-totalité de la plate-forme carbonatée qui s'était mise en place au cours de deux transgressions, entre l'Albien inférieur et l'Albien supérieur (~108,5 - ~102 Ma) pour la première, et entre le Cénomanien supérieur et le Turonien supérieur (~95 - ~90 Ma) pour la seconde. Le collapse a affecté une surface d'au moins 80 000 km2 et les dépôts, parfois absents à l'amont, atteignent plus de 500 m d'épaisseur à l'aval. Il a été déplacé, au cours d'un événement unique à l'échelle des temps géologiques, un volume de matériaux estimé à > 10 000 km3. Ces dimensions, de l'ordre de celles des glissements sous-marins géants récents, font du collapse Ayabacas le plus grand glissement sous-marin fossile actuellement connu.
Le collapse s'organise du NE au SW en six zones basées sur les faciès de déformation, en relation avec deux importants systèmes structuraux d'échelle lithosphérique (une septième zone, à l'extrême NE, correspondant aux dépôts non déstabilisés). Dans les parties amont du collapse (zones 1 à 3, au NE), les dépôts forment une méga-brèche, avec des éléments de taille décamétrique à kilométrique (principalement des nappes et des radeaux calcaires, souvent plissés plastiquement ; plus rarement des blocs rigides dérivés de formations crétacées et paléozoïques) flottant dans un mélange de petits clastes carbonatés ou siliciclastiques et de matériaux pélitiques rougeâtres. Ce mélange de matériaux enclins à se liquifier et à se déformer plastiquement a servi de semelle de glissement aux plus gros éléments. Ces zones se caractérisent également par des déformations et des faciès bréchiques quelle que soit l'échelle d'observation. Les parties aval, au SW, sont exclusivement carbonatées, avec un empilement de masses calcaires de tailles croissantes, une disparition de la semelle de glissement très ductile et une organisation croissante des dépôts marquant un amortissement du collapse.
Le collapse Ayabacas, qui s'est produit sur une marge qui paraissait a priori stable, est atypique comparé aux autres glissements actuels ou fossiles. Intervenant immédiatement avant la rapide continentalisation du bassin d'arrière-arc sud-péruvien, et donc l'émergence des Andes, le collapse est une des conséquences de changements géodynamiques à l'échelle de la cellule de convection mantellique du Pacifique, qui ont notamment entraîné une brusque modification des conditions de subduction dans le sud du Pérou. Ce bouleversement a provoqué une flexure de la lithosphère de l'arrière-arc et un découpage du substratum ante-Ayabacas en blocs basculés par des failles normales, créant des pentes favorables au collapse de la plate-forme.