Academic literature on the topic 'Matériaux – Fatigue – Dissertation universitaire'

Les avantages apportés par les fibres naturelles dans le secteur des matériaux composites sont multiples : la légèreté, de bonnes propriétés mécaniques spécifiques, un coût compétitif et un impact environnemental réduit. Au vu de ces atouts, l’intérêt pour ces fibres a multiplié les études scientifiques les concernant notamment en regard des objectifs d’un développement durable. Cependant, l’utilisation de ces matériaux dans des pièces de structure est assujettie à la connaissance de leur comportement à long terme et face aux différents chargements dynamiques et répétitifs. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement mécanique d’un composite à fibres de lin et matrice Elium® en fatigue et à l’impact. Dans un premier lieu, cette étude a permis de déterminer les propriétés mécaniques du matériau en traction et à suivre l’endommagement induit par le biais d’observations microscopiques et des analyses en émission acoustique. Par la suite, pour arriver à répondre à la problématique liée à la résistance et l’endurance en fatigue, la campagne expérimentale réalisée a permis une estimation de la limite LCF/HCF et d’étudier l’endommagement en chargement répétitif du matériau. Enfin, la réponse au choc basse vitesse a été étudiée. Différents outils ont permis d’étudier la réponse à l’impact. Les résultats ont également montré un fort potentiel de réparation après impact du composite, à défaut de rupture de fibres, et ceci grâce à la résine thermoplastique l’Elium®
The advantages brought by natural fibers in the composite materials sector are multiple: lightness, good specific mechanical properties, competitive cost and reduced environmental impact. In view of these advantages, the interest for these fibers has multiplied the scientific studies concerning them, in particular with regard to the objectives of a sustainable development. However, the use of these materials in structural parts is subject to the knowledge of their long-term behavior and in front of the various dynamic and repetitive loads. In this context, the objective of this thesis is to study the mechanical behavior of a flax fiber composite and Elium® matrix in fatigue and impact. In a first step, this study allowed to determine the mechanical properties of the material in traction and to follow the induced damage by means of microscopic observations and acoustic emission analysis. Then, in order to answer the problem related to the resistance and endurance in fatigue, the experimental campaign carried out allowed an estimation of the LCF/HCF limit and to study the damage in repetitive loading of the material. Finally, the response to low speed impact was studied. Different tools were used to study the impact response. The results also showed a strong potential of repair after impact of the composite, in the absence of fiber rupture, and this thanks to the thermoplastic resin Elium®

Le processus de Selective Laser Melting (SLM) offre la possibilité de fabriquer des pièces complexes pouvant trouver des applications dans les systèmes à base d'hydrogène, en raison de leur meilleur compromis résistance-ductilité et de leur phase austénitique inhérente résistante à la fragilisation par l'hydrogène (FPH). Il est crucial de connaître la résistance à la FPH de cette nouvelle classe de matériaux SLM. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est d'évaluer et de comprendre la susceptibilité des aciers inoxydables fabriqués par SLM à la FPH dans des conditions d'essais mécaniques couplés. Dans ce but, trois nuances d'acier inoxydable fabriqué par SLM sont choisies : 316L et 304L austénitiques et 17-4PH martensitique. Des traitements thermiques sont effectués pour modifier la sous-structure des dislocations et l'impact sur la diffusion de l'hydrogène est étudié à la fois dans des conditions de chargement électrochimiques et dans des conditions de chargement d'hydrogène gazeux à haute pression. Une diffusion plus lente de l'hydrogène dans la microstructure riche en dislocations et une localisation de l'hydrogène à moins de 100 µm de la surface de chargement ont été observées. Le rôle dominant des défauts empêche l'évaluation de l'impact de l'hydrogène sur la ductilité et l'amorçage des fissures de fatigue dans les échantillons SLM-316L fabriqués par une stratégie laser "sans rotation" et SLM-304L. Les essais mécaniques électrochimiques insitu affectent la résistance et la ductilité des matériaux choisis plus que la condition de gaz hydrogène à haute pression. L'interaction H-dislocation varie en fonction de la sévérité de la chargement H et de la nature des dislocations. Des phénomènes complexes sont mis en évidence lors d'essais de fatigue électrochimique insitu sur le SLM-316L, et la perte observée des propriétés de fatigue est expliquée par des preuves complémentaires. Les taux de propagation des fissures de fatigue augmentent en présence d'hydrogène, ce qui est confirmé par les observations de l'espacement des stries de fatigue, indiquant que les aciers inoxydables austénitiques fabriqués par SLM sont sensibles à l'HE dans des conditions de charge H défavorables. Une HE sévère est observée dans le SLM-17-4PH soumis à un traitement thermique H900 à la fois en tension et en fatigue
Selective Laser Melting (SLM) process has the potential to fabricate complex parts which can find applications in hydrogen-based systems, due to their improved strength-ductility trade-off and inherent austenite phase traditionally resistant to Hydrogen Embrittlement (HE). Knowledge on the HE resistance of these new class of SLM materials is crucial. In this context, the goal of this work is to experimentally assess and understand the susceptibility of additive manufactured stainless steels (SS) to HE under coupled mechanical testing conditions.For this purpose, three grades of SLM fabricated SS are chosen : austenitic 316L and 304L and martensitic 17-4PH. Heat treatments are performed to modify the dislocation sub-structure and the consequent impact on hydrogen diffusion is studied under both electrochemical and high-pressure hydrogen gas charging conditions. Slower diffusion of hydrogen in the dislocation-rich microstructure and a localisation of hydrogen within 100 µm from the charging surface were observed. The dominant role of defects impedes the evaluation of the impact of hydrogen on both ductility and fatigue crack initiation in SLM-316L samples fabricated through a ‘No Rotation’ laser strategy and SLM-304L.Insitu electrochemical mechanical tests affect the strength and ductility of the chosen materials more than the high-pressure hydrogen gas condition. H-dislocation interaction varies depending on the severity of H-charging and the nature of the dislocations. Complex phenomena are evidenced during insitu electrochemical fatigue tests on SLM-316L, and the observed loss of fatigue properties are explained through complementary evidence. Fatigue crack growth rates increase in the presence of hydrogen supported through observations of fatigue striation spacing, indicating that SLM-fabricated austenitic stainless steels are susceptible to HE under adverse H-charging conditions. Severe HE is observed in SLM-17-4PH subjected to H900 heat treatment both in tension and fatigue

Ces travaux de thèse traitent de l’effet des gradients de porosité et de contrainte sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) de l’alliage d’aluminium AlSi9Cu3 coulé sous pression utilisé par l’industrie automobile. Ce matériau contient une population de défauts distribués de manière hétérogène avec un gradient de porosité entre la surface et le cœur des pièces. Une large gamme de taille et de nature de défaut (Pore gazeux, retassure, voiles d’oxydes…) est observée avec notamment des défauts formant des réseaux complexes tridimensionnelles de porosités.Afin d’étudier les effets des gradients de porosité et de contrainte, une méthodologie d’essai ayant recours à des éprouvettes de différentes épaisseurs, toutes obtenues par usinage à partir d’un même échantillon brut, est développée. Quatre géométries issues d’une même éprouvette brute sont testées en FGNC sous différents modes de sollicitations : flexion et traction avec un rapport de charge R=-1. L’analyse des faciès de rupture combinée à celle des courbes de Wöhler montre que le comportement en fatigue est contrôlé par l’interaction entre les gradients de porosité et de contrainte. La position de l’amorçage, interne ou en surface, la nature du défaut critique, ainsi que les niveaux de résistance sont entièrement déterminées par ces deux gradients.L’effet des défauts sur le comportement en fatigue est d’abord analysé sous l’angle d’une approche du type diagramme de Kitagawa-Takahashi et seuil du facteur d’intensité de contrainte (Kth). Cette analyse montre que la résistance en fatigue du matériau est pilotée par la taille des défauts au sens de Murakami (√aire). La large gamme de taille et de nature de défauts permet de caractériser le comportement du matériau en fissure courte et fissure longue. Peu d’effet de la position de l’amorçage, interne ou surface, est noté. Grâce à la comparaison des comportements en fatigue de l’alliage étudié avec d’autres alliages d’aluminium de fonderie coulés gravité, il apparaît que le niveau de résistance en fatigue et le comportement de propagation fissure courte – fissure longue est en partie contrôlé par les caractéristiques microstructurales des alliages telles que la taille de grain et l’espacement des bras de dendrites secondaires (SDAS) et par le comportement mécanique monotone et cyclique.La complexité de la distribution des défauts (définie par les paramètres taille, position, géométrie, type …) rend très difficile la caractérisation et la modélisation de la cinétique de propagation des fissures et de leurs interactions avec les défauts. Des essais de suivi de fissure in situ sur défauts naturels sont conduits en flexion à R=-1 à l’aide d’un dispositif adapté de corrélation d’image. L’analyse de la cinétique de fissuration et des faciès de rupture relatifs aux fissures observées révèle une forte interaction entre les fissures de fatigue et les défauts présents. Ces interactions provoquent de fortes accélérations de la fissure qui réduisent drastiquement la durée de vie en fatigue. Une modélisation de la propagation en FGNC est proposée grâce à une approche en moyenne qui fait appel à la loi de Paris. Les coefficients associés sont ajustés à partir des essais de suivi de fissure. La comparaison des courbes de Wöhler simulées à iso-taille de défauts initiaux et les courbes de Wöhler expérimentales montre que l’approche en propagation ne suffit pas à rendre compte de toutes les étapes conduisant à la ruine en fatigue. Il est clairement mis en avant la nécessité de la prise en compte d’une phase d’amorçage et la très grande complexité des mécanismes d’endommagement en fatigue dans les défauts de type réseaux de porosité.Mots clefs : Fatigue à grand nombre de cycle (FGNC), hétérogénéité microstructurale, gradient de porosité, gradient de contrainte, alliage d’aluminium, coulée sous pression, réseaux de porosités, durée de vie, interaction fissure – défaut
This research deals with the effect of porosity and stress gradients on the high-cycle fatigue behavior (HCF) of the high-pressure die-cast (HPDC) aluminum alloy AlSi9Cu3 used by the automotive industry. The components produced by HPDC are characterized by a high level of porosity compared to other casting processes. In addition, the porosity or defect distribution within a component is highly heterogeneous and the existence of a porosity gradient between the surface and the in-bulk material is notable. Defects of different nature and size are present, including defects formed by complex three-dimensional pore networks.To study the effects of the porosity and stress gradients on the HCF behavior, a test methodology based on reducing the thickness of as-cast specimens by machining was developed. Four geometries machined from the same as-cast specimens were tested in HCF under different loading modes: plane bending and tension-compression with a load ratio R=-1. The analysis of the fatigue failure surfaces, combined with fatigue results in the form of Wöhler curves shows that fatigue behavior is controlled by the interaction between the porosity gradient and the stress gradient. The position of the crack initiation site (surface or in-bulk), the nature of the critical defects, as well as the fatigue strength are entirely determined by these two gradients.The effect of defects on the fatigue behavior was analyzed using an approach based on the Kitagawa-Takahashi diagram and the stress intensity factor threshold (Kth). This analysis shows that the fatigue strength of the material is controlled by the size of the defects in terms of the Murakami parameter (√area). The wide range of defect size and the variety of defect types makes it possible to characterize the behavior of the material in both the short crack and long crack regimes. It is observed that the position of the crack initiation site (surface or in-bulk) has only a small effect on the fatigue behavior. Thanks to a comparison between the studied alloy and other gravity-cast aluminum alloys, it is shown that both the fatigue strength and the crack propagation behavior, is partly controlled by (a) the microstructural characteristics of alloys (grain size and secondary dendrite arm spacing (SDAS)) and by (b) the monotonic and cyclic mechanical behavior of the materials.The complexity of the defect distribution (type, size and spatial distribution) complicates the characterization and modeling of the kinetics of crack propagation and their interactions with defects. To investigate this, in-situ image correlation was used to monitor crack growth during fatigue tests, with the aim of observing the crack interaction with natural defects, in bending at R=-1. The analysis of the crack growth kinetics and the fatigue failure surfaces reveals a strong interaction between fatigue cracks and defects. These interactions cause rapid crack accelerations, which drastically reduce the fatigue life. A HCF crack propagation model is proposed using an averaging approach with the Paris law. The coefficients are adjusted using the crack monitoring tests. The comparison between the simulated Wöhler curves at initial iso-defect-size and the experimental Wöhler curves shows that the propagation approach is not sufficient to account for all the stages leading to fatigue failure. It is clearly highlighted that the initiation phase must be taken into account and that the fatigue damage mechanisms, associated with defects comprised of complex three-dimensional pore networks, are extremely complex.Keywords: High cycle fatigue (HCF), microstructural heterogeneity, porosity gradient, stress gradient, aluminum alloy, high-pressure die-casting, porosity networks, fatigue life, crack – defect interaction

Les céramiques jouent un rôle crucial dans l'industrie et le secteur militaire en raison de leurs propriétés thermomécaniques uniques. Cependant, leur comportement sous des chargements dynamiques est complexe, avec une résistance en traction significativement plus faible qu'en compression, entraînant fissuration, endommagement et multi-fragmentation. La course à la technologie demande des développements continus des propriétés de blindage des céramiques. Le coût élevé et la complexité technique des expériences dynamiques ont fait émerger des programmes de simulation cherchant à reproduire de façon numérique le comportement à rupture dynamique de ces matériaux.Cette thèse a exploré l'application de la méthode des éléments discrets (DEM) pour améliorer la reproduction des phénomènes dynamiques dans les céramiques fragiles, en mettant l'accent sur la représentation de la fissuration et de l'évolution de la contrainte à rupture avec la vitesse de déformation. L'alumine a été choisie comme matériau d'étude, au regard des nombreuses données expérimentales présentes dans la littérature.Le troisième chapitre a traité de la représentation du matériau en régime élastique, tandis que le quatrième chapitre a examiné l'intégration de différents modèles d'endommagement dans l'approche discrète. Des comparaisons entre les profils de vitesses en face arrière expérimentaux et numériques de tirs GEPI ont montré que l'emploi des lois de Denoual-Forquin-Hild (DFH) et de Kachanov offrait une bonne corrélation avec les données expérimentales.Le cinquième chapitre présente d'autres types d'essais expérimentaux de fragmentation dynamique sur l'alumine AL23 : des essais Rockspall et d'impact sur tranche (issus de la littérature) et des expériences de choc laser. Des simulations numériques DEM, avec la loi d'endommagement identifiée précédemment comme celle qui permet de mieux reproduire les essais d'écaillage des tirs GEPI, sont conduites pour représenter les mécanismes d'endommagement, la fragmentation simple et multiple des cibles d'alumine AL23 soumises à des sollicitations extrêmes.Enfin, pour obtenir des données expérimentales d'essais dynamiques sur une nouvelle céramique au comportement plus complexe, une campagne expérimentale est menée sur la zircone yttriée projetée plasma. Des essais d'impact sur tranche et Rockspall sont menés, pour étudier la fragmentation simple et la multi-fragmentation de cette céramique à la microstructure complexe. Elle permet d'obtenir des données expérimentales qui serviront à de travaux futurs de modélisation.En résumé, cette thèse contribue à l'amélioration de la reproduction du comportement des céramiques fragiles soumises à des sollicitations dynamiques comme des impacts ou des chocs. Elle met en évidence le potentiel de la méthode DEM pour représenter les phénomènes de multi-fragmentation et identifie des modèles d'endommagement pertinents pour la simulation des effets dynamiques observés expérimentalement. Ces résultats ont des implications significatives pour la représentation du comportement à rupture en régime dynamique de matériaux de blindage plus performants dans diverses applications industrielles et militaires
Ceramics play a crucial role in both the industrial and military sectors due to their unique thermomechanical properties. However, their behavior under dynamic loading is complex, with significantly lower tensile strength compared to compression, leading to cracking, damage, and multi-fragmentation. The pursuit of advanced technology necessitates continuous development of the ballistic properties of ceramics. The high cost and technical complexity of dynamic experiments have given rise to simulation programs that seek to digitally replicate the dynamic fracture behavior of these materials.This thesis explored the application of the Discrete Element Method (DEM) to enhance the reproduction of dynamic phenomena in brittle ceramics, with a focus on representing cracking and the evolution of stress at fracture with strain rate. Alumina was chosen as the study material due to the abundance of experimental data available in the literature.The third chapter dealt with the representation of the material in the elastic regime, while the fourth chapter examined the incorporation of different damage models within the discrete approach. Comparisons between experimental and numerical rear face velocity profiles from Gas Gun Projectile Impact (GEPI) tests showed that the use of the Denoual-Forquin-Hild (DFH) and Kachanov laws provided good correlation with experimental data.The fifth chapter presents various types of experimental dynamic fragmentation tests on AL23 alumina: Rockspall tests, edge-on impact tests (from the literature), and laser shock experiments. DEM numerical simulations, using the previously identified damage law as the one that best reproduces GEPI spall tests, were conducted to represent the damage mechanisms, simple and multiple fragmentation of AL23 alumina targets subjected to extreme loading conditions.Finally, to obtain experimental data on dynamic tests of a new ceramic with a more complex behavior, an experimental campaign was conducted on plasma-sprayed yttria-stabilized zirconia. Impact-on-edge and Rockspall tests were carried out to study simple and multi-fragmentation of this ceramic with a complex microstructure. This provided experimental data that will be used in future modeling efforts.In summary, this thesis contributes to improving the replication of the behavior of brittle ceramics subjected to dynamic loading such as impacts or shocks. It highlights the potential of the DEM method to represent multi-fragmentation phenomena and identifies relevant damage models for simulating dynamically observed effects. These results have significant implications for representing the dynamic fracture behavior of high-performance armor materials in various industrial and military applications

L’interruption du nerf périphérique à la suite d’une blessure conduit à une dégénération locale. Si l’interruption est trop grande, la croissance neuronale spontanée ne permet pas une récupération fonctionnelle du nerf. Parmi les différentes stratégies thérapeutiques, l’autogreffe est la plus efficace mais conduit à une morbidité au niveau du site donneur. Dans l’approche par ingénierie tissulaire que nous avons étudiée, des conduits de nerfs sont élaborés à l’aide de matériaux biocompatibles pour orienter la repousse et la régénération du nerf. Dans ce contexte, nous avons étudié des matériaux assemblés à l’aide de microsphères fonctionnalisées pour former un gradient de facteurs neurotrophiques afin de guider la régénération du nerf au sein d’un guide tubulaire. Nous avons étudié l’élaboration de microsphères de chitosane et collagène à partir d’une émulsion produite de manière contrôlée à l’aide d’une technologie microfluidique. La solidification des gouttelettes de l’émulsion ainsi formée a été réalisée par la diffusion de vapeurs d’ammoniac. La fonctionnalisation des microsphères a été étudiée et caractérisée à l’aide de molécules modèles fluorescentes, la FITC (Fluorescéine Isothiocyanate) et une protéine (BSA, Bovine Serum Albumin) couplée à la FITC. Ces microsphères fonctionnalisées ont été ensuite assemblées sous forme de membranes de plusieurs centimètres présentant un gradient de fonctionnalisation. Enfin, des études préliminaires ont montré la faisabilité d’une implantation chez l’animal par enroulement et suture des membranes au niveau du nerf sciatique. Ces travaux ont permis d’établir la preuve de concept de cette approche pour élaborer des conduits fonctionnels et devra être poursuivie par une étude de régénération nerveuse fonctionnelle
Injury of the peripheral nerve leads to local degeneration at the damaged site. If the injury results in a large nerve gap, spontaneous regeneration does not lead to functional recovery of the nerve. Among the several therapeutic strategies available, autograft is currently the most efficient technique but is associated with morbidity at the donor site. In the tissue engineering approach that we have investigated, nerve guides are typically elaborated with biocompatible materials to orient nerve outgrowth and regeneration. In this context, we have evaluated materials assembled with functionalized microspheres to form a gradient of neurotrophic factors with the aim of guiding nerve regeneration in the lumen of tubular conduits. We have studied the elaboration of chitosan and collagen microspheres from an emulsion generated in a controlled manner using a microfluidic technology. The solidification of the emulsion droplets was then achieved by the diffusion of ammonia vapors. The microspheres functionalization has been investigated and characterized using model fluorescent molecules, namely FITC (Fluorescein Isothiocyanate) and a protein (BSA, Bovine Serum Albumin) labeled with FITC. These functionalized microspheres were then assembled in the form of membranes with typical dimensions in the centimeter range, and exhibiting a functionalization gradient. Finally, preliminary experiments have demonstrated the possibility of animal implantation by rolling and suturing the membranes to a sectioned sciatic nerve. This work has allowed us to establish the proof of concept of this approach to elaborate functional nerve conduits and will need to be followed by complete study of functional nerve regeneration

Les résidus textiles archéologiques de l’Orient ancien sont rares. En Mésopotamie, la plupart des connaissances sur les textiles proviennent de textes cunéiformes. Fabriqués à partir de fibres animales ou végétales, les textiles sont périssables dans la plupart des environnements archéologiques. Un des principaux processus de préservation exceptionnelle de fibres archéologiques implique le contact avec un artefact métallique, ce phénomène est appelé « minéralisation ». Très peu de travaux ont été consacrés à l’étude approfondie des processus de minéralisation des textiles cellulosiques. Ce travail de doctorat a consisté à étudier à multi-échelles l’interaction entre substrat métallique à base cuivre et textile ancien, à partir d’échantillons provenant des sites archéologiques de Tello, de Nausharo et de Gonur-Depe (3e et 2e millénaire av. J.-C.). Le travail a permis de mettre en place une nouvelle méthodologie d’imagerie par microtomographie synchrotron de rayons X semi-quantitative afin de décrire la composition de ces systèmes complexes, hétérogènes et réactifs en 3d. Ces développements nous ont permis d’approfondir la description archéologique de ces textiles et de leur contexte d’enfouissement, en relation avec la question de leur production et de leur usage passés. Nous avons enfin abordé la description du système hybride fibres–produits de corrosion et la présence de signatures organiques dans ces systèmes hybrides altérés en vue de décrire les mécanismes à l’origine de leur conservation exceptionnelle
Archaeological textile remains from the ancient East are rare. In Mesopotamia, most of the knowledge about textiles comes from cuneiform texts. Made from animal or vegetable fibres, textiles are perishable in most archaeological environments. One of the main processes of exceptional preservation of archaeological fibres involves contact with a metallic artefact, this phenomenon is called "mineralization". Very little work has been done on the in-depth study of the mineralization processes of cellulosic textiles. This PhD work consisted of a multi-scale study of the interaction between copper-base substrate and ancient textiles, based on samples from the archaeological sites of Tello, Nausharo and Gonur-Depe (3rd and 2nd millennium BC). The work made it possible to implement a new imaging methodology using synchrotron-based semi-quantitative X-ray microtomography to describe the composition of these complex, heterogeneous and reactive systems in 3d. These developments have allowed us to deepen the archaeological description of these textiles and their burial context in relation to the question of their production and use in past times. Finally, we discussed the description of the hybrid system of fibre-corrosion product and the presence of organic signatures in these altered hybrid systems in order to describe the mechanisms underlying their exceptional conservation

Le problème de la cavité poreuse carrée est largement utilisé comme cas de référence courant pour les problèmes de Convection Naturelle (CN) en milieux poreux. Il peut être utilisé pour plusieurs applications numériques, théoriques et pratiques. Par ailleurs, toutes les solutions de haute précision existantes dans la littérature scientifique sont développées dans des conditions de régime permanent. Cependant, il est bien connu que les processus de CN dans les milieux poreux se produisent naturellement dans un régime dépendant du temps, car les conditions aux limites peuvent être variables dans le temps. Pour surmonter cette difficulté, la solution en régime permanent est souvent simulée comme une solution transitoire qui évolue jusqu'à atteindre l'état d'équilibre. Ces régimes dépendant du temps sont très efficaces pour détecter les effets des variations de paramètres sur le processus physique de CN, en particulier pour les sujets d'intérêt de cette thèse: la variation du niveau d'inclinaison du domaine et la prise en compte des variations de température de la paroi chaude dans le temps. À cet effet, trois objectifs sont identifiés dans cette thèse: 1. Développer une solution de convection naturelle en fonction du temps dans des milieux poreux en utilisant le Modèle Darcy en deux modes: transitoire et instable. 2. Étudier le comportement en fonction du temps de la convection naturelle dans des milieux poreux ayant le niveau d'inclinaison du domaine comme paramètre variable dans deux modes: transitoire et instable. 3. Développer une solution de convection naturelle en fonction du temps dans des milieux poreux en utilisant le Modèle Darcy-Lapwood-Brinkman en deux modes: transitoire et instable. Pour ce faire, du fait de la grande précision dans les domaines simplement connectés, une méthode spectrale de résidus pondérés de type Galerkin est choisie pour développer une solution au problème de CN dans une cavité carrée poreuse. L’application de la procédure de Fourier-Galerkin (FG), deux configurations traitant des régimes instables sont considérées où chaque solution est dérivée pour une large gamme des nombres de Rayleigh (Ra) avec d'autres conditions spéciales. Ce travail de thèse est subdivisé en cinq chapitres. Dans le premier chapitre, nous avons présenté un aperçu physique du processus de convection naturelle en milieux poreux. Dans le deuxième chapitre, le développement mathématique des équations, la méthode de résolution et la procédure de résolution sont décrits en détails. Dans le chapitre trois, la première étude de cas de cette thèse, la solution dépendante du temps de la convection naturelle dans une cavité carrée remplie de milieux poreux saturé utilisant le modèle de Darcy est développé. Dans le chapitre quatre, le problème de variation temporelle de Darcy-Lapwood- Brinkman de CN dans une enceinte poreuse saturée carrée est étudié. Dans le chapitre cinq, les solutions dépendant du temps sont développées pour le problème de convection naturelle utilisant la loi de Darcy dans une cavité poreuse inclinée et considéré comme une étude complète sur les effets de l'inclinaison du domaine sur le processus physique du problème de convection libre. Pour tous les cas, les régimes transitoires et instables sont considérés
The problem of the porous square cavity is extensively used as a common benchmark case for Natural convection (NC) problem in porous media. It can be used for several numerical, theoretical, and practical purposes. All the existing high accurate solutions are developed under steady-state conditions. However, it is well known that the processes of NC in porous media occurs naturally in a time-dependent procedure, as boundary conditions can be variable in time. Also, the convergence of the steady-state solution is known to be difficult. To overcome this difficulty, the steady-state solution is often simulated as a transient solution that evolves until reaching the steady-state condition. These time-dependent modes are very efficient to detect the effects of the parameter variations on the physical process of NC, especially for the subject of interest in this thesis: the domain inclination level and hot wall temperature variation in time. For this purpose, three goals are identified in this Thesis: 1. Developing a time-dependent solution of natural convection in porous media using the Darcy model in two modes: Transient and unsteady. 2. Investigating the time-dependent behavior of natural convection in porous media having the domain inclination level as a variable parameter in two modes: Transient and unsteady. 3. Developing a time-dependent solution of natural convection in porous media using the Darcy-Lapwood-Brinkman model in two modes: Transient and unsteady. To do so, according to the high accuracy in the simply connected domains, one of the Galerkin spectral weighted residual method is chosen to develop a space-time dependent solution for NC problem in a square porous cavity. Applying the Fourier-Galerkin (FG) procedure, two configurations dealing with transient and unsteady regimes are considered where each solution is derived for a wide range of Rayleigh numbers with other special conditions. This work of thesis is explained in details as five chapters.The NC physical process with the time-dependent variations is described in the transient mode to reach the steady-state solution and for the unsteady mode during a one period using periodic sinusoidal boundary conditions on the cavity hot wall. Finally, the work of this thesis is described in details in five chapters; while the sixth and last chapter is devoted to the summary and conclusion.The results in this thesis work provide a set of high-accurate data that are published in three papers to be used for testing numerical codes of heat transfer in time-dependent configurations

Les travaux de recherche concernent l'étude des propriétés magnétiques des nanoparticules de coordination et de complexes à transition de spin assemblés en monocouches sur différents substrats métalliques par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) aux seuils L₂,₃ des atomes métalliques. Nous utilisons le dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) et le dichroïsme naturel linéaire des rayons X (XNLD). La simulation des données expérimentales est réalisée par la méthode des multiplets en champ de ligands (LFM). Cette thèse est divisée en deux parties.La première partie vise à étudier l'anisotropie magnétique des nanoparticules magnétiques de coordination assemblées en une monocouche sur du graphite pyrolytique hautement orienté. Les mesures XAS, XNLD et XMCD révèlent la présence d'une anisotropie électronique et magnétique par l'ouverture d'une boucle d'hystérèse magnétique à basse température. En combinant les données expérimentales avec les calculs LFM, nous proposons un modèle structural de la surface des particules qui permet de rendre compte de l'anisotropie électronique et magnétique due à l'interface nanoparticules/vide.Dans la deuxième partie, on étudie la transition de spin thermique et photo-induite de complexes de Fe(II) assemblés en sous-monocouches sur des substrats métalliques. Les calculs LFM et les données expérimentales permettent de démêler les différents effets que les paramètres externes (température, rayons X, lumière bleue et rouge) induisent sur la nature et l'ampleur de la transition de spin. Une transition "anormale" de l’état haut spin vers bas spin, induite par la lumière bleue est découverte et analysée comme étant due à une interaction à l'interface entre les molécules et les substrats métalliques, cette interaction apportant l’énergie nécessaire à cette transition
This thesis is focused on the investigation of the magnetic properties of magnetic nanoparticles and spin crossover complexes assembled as monolayers on different metallic substrates by X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) at the L₂,₃ edges of the metal atoms. We use X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) and X-ray Natural Linear Dichroism (XNLD) to do so. The simulation of the experimental data is carried out by Ligand Field Multiplet (LFM) calculations. This thesis is divided into two parts.The first part aims at studying the magnetic anisotropy of Prussian blue analog magnetic coordination nanoparticles that were assembled as a single layer on Highly Oriented Pyrolytic Graphite. XAS, XNLD and XMCD measurements disclose the presence of electronic and magnetic anisotropy by the opening of a magnetic hysteresis loop at low temperature. Combining experimental data with LFM calculations, we propose a structural model of the surface of the particles that allows accounting for electronic and magnetic anisotropy and that is proposed to be due to the single layer/vacuum interface.In the second part, thermal and light-induced spin crossover behavior of Fe(II) containing molecules have been assembled as a sub-monolayer on metallic substrates. Complementary LFM calculations and experimental XAS data allow unravelling the nature and the magnitude of the spin crossover as a function of the external stimuli (temperature, X-rays, blue and red light). An anomalous blue light effect allowing a crossover at low temperature from the high to low spin states is discovered and analyzed as being due to the interface between the molecules and the metallic substrates