Dissertations / Theses: 'Polymères – Matériaux – Modèles mathématiques'

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Rached, Rabih. "Mise au point de nouveaux outils et de concepts de modélisation et d'optimisation pour l'élaboration anionique par extrusion réactive de matériaux macromoléculaires multiphasés et nanostructurés à base de polyamides." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2005. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL/2005_RACHED_R.pdf.

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Abstract:

The aim of this study is the elaboration of polyamide 12 (PA12) and polydimethylsiloxane (PDMS) blends. The original concept is based on the simultaneous synthesis of polyamide and the compatibilizer by anionic polymerization during the reactive extrusion. It leads to a material composed of a continuous PA 12 phase in which the elastomer stabilized by the compatibilizer is finely dispersed. The formation mechanism of morphology is then completely different from that classically observed. The in situ reactively compatibilized polymer blends improve the mechanical properties of these materials, particularly their impact behaviour. For this purpose, a kinetic model of the two polymerizations was developed. In addition, the complete synthesis of a new macroactivator was carried out to form the compatibilizer in situ. Before the implementation of the reactive extrusion process, preliminary studies were necessary in order to study the influence of the operating conditions and the composition of the blend on the final material properties. New tools and scientific concepts were developed to obtain an optimized extrusion process. These tools, resulting from an appropriate experimentation strategy, are predictive models and algorithms of multicriteria optimization which proved to be very useful for the elaboration of these materials and the control of the corresponding processes
Ces travaux de recherche ont pour but l'élaboration des mélanges de polyamide 12 (PA12) et de polydiméthylsiloxane (PDMS), selon une démarche originale reposant sur la synthèse simultanée, par voie anionique, du polyamide et d'un compatibilisant, durant l'élaboration du mélange par extrusion réactive. Cela conduit à la structuration du matériau sous la forme d'une phase continue (PA12) au sein de laquelle l'élastomère, qui est stabilisé par le compatibilisant, est finement dispersé. Le mécanisme de formation de la morphologie est alors complètement différent de celui mis en œuvre dans les autres procédés. Les deux phases étant alors liées de manière très intime, il en résulte une amélioration remarquable des propriétés mécaniques des matériaux, en particulier leur tenue au choc. A cette fin, un modèle cinétique des deux polymérisations a été élaboré. Par ailleurs, la synthèse complète d'un nouveau macroactivateur a été réalisée pour former in situ le compatibilisant. Avant la mise en oeuvre du procédé d'extrusion réactive, des études préalables ont été nécessaires afin d'étudier l'influence des conditions opératoires et la composition du milieu sur les propriétés finales des matériaux. Pour conduire de façon optimale le procédé, des nouveaux outils et concepts scientifiques ont été élaborés. Ces outils, issus d'une expérimentation importante, sont des modèles prédictifs et des algorithmes d'optimisation multicritère qui se sont avérés très utiles pour la fabrication de ces matériaux et pour la conduite des procédés correspondants

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Maurel, Gaëtan. "Simulations multi-échelles de matériaux polymères." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22512/document.

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Abstract:

Les matériaux polymères sont aussi bien utilisés dans des applications de la vie courante que dans des domaines de haute technologie. Ces matériaux font intervenir des échelles spatiales et temporelles variées et étendues, rendant la modélisation de leurs propriétés inaccessible avec une seule méthode. Cette thèse propose le développement d’une stratégie multi-échelle, couplant ainsi plusieurs niveaux de représentation de la matière. Le but est d’accéder aux propriétés rhéologiques d’un polymère, faisant intervenir des temps de relaxation lents, tout en conservant les caractéristiques chimiques intrinsèques à sa microstructure de façon à pouvoir établir des relations structure-propriétés. Les potentiels d’interaction de l’échelle mésoscopique sont développés à partir des configurations atomistiques. Ils permettent ensuite une reproduction quantitative de plusieurs propriétés structurales du polymère, telles que la masse volumique ou la distance bout à bout. La transférabilité des potentiels mésoscopiques a été étudiée à travers la dépendance des propriétés thermomécaniques en température, en pression et en nature du polymère. À partir de ces potentiels, des simulations hors équilibre ont permis de déterminer des grandeurs caractéristiques comme la masse d’enchevêtrement ou le module élastique. L’approche multi-échelle est étendue à l’interaction polymère-silice, dans le but d’étudier l’impact des facteurs comme le degré de confinement ou la densité de greffage sur les propriétés dynamiques et structurales des chaînes au voisinage de la surface
Polymer materials are widely used, both for everyday applications and in high-technology products. These materials involves a wide range of time and length scales, making the modelling of their properties challenging by using only one method. This thesis focuses on the development of a multiscale strategy, combining different levels of description of the matter. The aim is to reach the rheological properties of a polymer over a large time scale, while retaining the chemical structure inherent of its microstructure. The investigation of structure-property relationships will then be facilitated. The mesoscopic potentials are developped from atomistic configurations. A quantitative reproduction of several structural properties of the polymer such as density or end to end distance is obtained. Then, the transferability of the potentials has been studied through the dependence of temperature, pressure or polymer structure on thermomechanical properties. By using these potentials, nonequilibrium simulations have been carried out to calculate the entanglement mass and the plateau modulus. The multicale approach has been extended to model the polymer-silica interaction in order to study the impact of the degree of confinement or the grafting density on the dynamical and structural properties of polymer chains close to the surface

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Chatel, Thibaud. "Fluage et recouvrance d'empreintes et de sillons sur surface de polymère." Strasbourg, 2010. http://www.theses.fr/2010STRA6206.

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Abstract:

Le test d'indentation instrumenté permet de caractériser mécaniquement la surface des matériaux. Une approche expérimentale innovante est proposée ici pour étudier la viscoélasticité d'un polymère lors d'un test d'indentation. Ce test permet d'appliquer un indenteur sur la surface d'un matériau pour un chargement maintenu constant. La transparence de l'échantillon permet l'observation in-situ de l'évolution du contact réel en fonction du temps. Il s’agit du fluage. Après un temps de maintien en charge programmé, il est possible d’observer la cicatrisation de l'empreinte en fonction du temps. Il s'agit de la phase de recouvrance. L'indenteur est choisi sphérique et le polymère est du PMMA. Les résultats montrent qu’il est nécessaire d'étudier le retour viscoélastique des empreintes résiduelles pour conclure sur la linéarité ou non du comportement matériau. La modélisation numérique du comportement viscoélastique du PMMA permet d’obtenir plus d'informations sur les phénomènes en jeux sous le contact. Le processus d'identification est réalisé à partir de relaxation et de l'utilisation du modèle de Maxwell généralisé. La description des champs de déformation relevés sous le contact indique que l'apparition d'une déformation permanente est corrélée au positionnement à l'interface sphère / matériau d’un niveau de déformation. La seconde partie du travail concerne le retour viscoélastique du sillon obtenu lors d'un essai de rayure. L'influence du frottement interfacial, du niveau de déformation appliqué et de la vitesse de rayure sont étudiés. L'ensemble de ces résultats donne des pistes pour identifier les propriétés à l'origine de la cicatrisation des surfaces
The indentation test permits to characterize the mechanical properties of materials surfaces. An innovative experimental approach is proposed here to study the viscoelasticity of a polymer during an indentation test. This test permits to apply an indenter on the surface of a material under a constant applied load. The transparency of the sample allows the in-situ observation of the evolution of the true contact as a function of time. This is the creep phase. After a holding time, it is possible to observe the healing of the residual imprint as a function of time. This is the recovery phase. The spherical probe is chosen and the polymer is PMMA. The results show that it is necessary to study the recovery of the residual imprint to conclude on the linearity or non-linearity of the material behavior. Numerical modeling of viscoelastic behavior of PMMA can get more information. The identification process based on the generalized Maxwell model is made from relaxation tests. The description of the strain fields indicate that the onset of permanent strain is correlated to the positioning of the strain level at the interface sphere / material. The second part of the work involves the return of viscoelastic groove obtained during a scratch test. The influence of interfacial friction, the strain applied and the strain rate are investigated. All these results suggest ways to identify the properties responsible for the healing surfaces

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Mikdam, Amine. "A strong-contrast statistical theory for the effective properties in heterogeneous media : application to effective conductivity." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6141.

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Abstract:

Les hétérogénéités des matériaux peuvent être dues soit à la présence de plusieurs phases physiques dont l’organisation atomique ou moléculaire est différente (polymères semi-cristallins ou polycristaux), soit à la présence de constituants différents (matériaux composites). Pour déterminer les propriétés physiques de ces matériaux, l’expérimentation reste nécessaire bien que coûteuse. D’autres inconvénients comme la durée des expériences et la difficulté à les mettre en œuvre compliquent le travail du chercheur ou de l’ingénieur. La modélisation des propriétés effectives par des modèles analytiques se positionne donc comme une alternative performante pour la compréhension du comportement de ces matériaux. De nombreux modèles analytiques permettent de prédire les propriétés effectives des matériaux hétérogènes en fonction de la fraction volumique de chacune de leurs phases. Cependant, ces modèles sont fondés sur des simplifications géométriques éloignées de la microstructure réelle du matériau. Ce travail se propose d’étudier la conductivité effective (électrique ou thermique) des matériaux hétérogènes on se fondant sur une approche statistique qui permet de prendre en compte les détails de la microstructure via des fonctions de probabilité
Heterogeneities of materials may be due either to different atomic or molecular organization in the same material (semi-crystalline polymer or polycrystals), or to the presence of different constituents (composite materials). To determine the physical properties of these materials, experimentations, although expensive, is still necessary. Other disadvantages such as difficulty of implementing experimental procedures complicate the work of the researchers and engineers. Therefore modeling the effective properties using analytical models is positioned as a performance alternative to facilitate the understanding of the behavior of these heterogeneous materials. Many analytical models based on the volume fraction of each phase are used to predict the effective properties of heterogeneous materials. However, these models are based on different geometrical simplifications of the real material’s microstructure. This work investigates the modeling of effective conductivity (electrical or thermal) of heterogeneous materials using statistical continuum theory. This methods use probability functions to take into account the microstructure distribution, shape of constituents and their orientations

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Lefèvre, Delphine. "Étude expérimentale, modélisation et simulation de la filtration lors de l'écoulement d'une résine chargée de particules à travers un renfort fibreux dans les technologies LCM." Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10144.

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Abstract:

La fabrication de pièces composites à matrice organique chargée de particules par un procédé de type LCM (Liquid Composite Molding) soulève le problème de l'écoulement du mélange de la résine avec les charges à travers le renfort fibreux. L'augmentation de la viscosité due aux particules, d'une part, et la filtration éventuelle des charges par le réseau fibreux, d'autre part, sont deux phénomènes à considérer car ils peuvent engendrer d'importants défauts de fabrication. Cette étude, volontairement limitée à une géométrie 1D, comporte une phase expérimentale et une phase de modélisation à l'échelle macroscopique, complémentaires l'une de l'autre, et menées en parallèle. Un moyen simple de mesure de la quantité de charges présentes dans la pièce en fin d'injection a d'abord été mis au point. Des essais d'injection de pièces, menés dans différentes conditions expérimentales, ont mis en évidence l'existence de deux comportements de filtration distincts. La modélisation est basée sur une équation de conservation de la masse et trois équations constitutives. Le modèle de filtration proposé dépend de deux paramètres physiques et d'un seul paramètre numérique, qui ont été identifiés par méthode inverse à partir des résultats expérimentaux. Enfin, la résolution du modèle développé est couplée à celle de l'écoulement d'un fluide à travers un renfort fibreux. Les résultats de la simulation, tant pour le profil de concentration de charges dans la pièce que pour le temps d'injection, sont très satisfaisants et viennent valider la démarche générale de cette étude.

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Quirant, Jérôme. "Systèmes de tenségrité et autocontrainte : qualification, sensibilité et incidence sur le comportement." Montpellier 2, 2000. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00174699.

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Abstract:

Les systemes de tensegrite sont des systemes innovants dans le domaine du genie civil. Leur esthetique est une source d'inspiration nouvelle pour les architectes. Ce sont des systemes reticules, spatiaux et en etat d'autocontrainte. La premiere partie du manuscrit consiste en une presentation des differentes phases de leur conception. La recherche de forme, notamment, definit les geometries particulieres permettant l'instauration d'un etat de sollicitation interne qui va rigidifier le systeme. La deuxieme partie est l'occasion d'exposer des methodes qui, pour une geometrie autocontrainte donnee, permettent de rechercher tous les etats d'autocontrainte qui respectent la rigidite unilaterale des cables. Ces etats conformes sont utilises pour mettre en etat d'autocontrainte l'ensemble de la structure. Leur influence sur le comportement est evaluee pour realiser un dimensionnement suivant les eurocodes. La troisieme partie est consacree a une etude de la sensibilite de ces systemes aux imprecisions de fabrication des elements. Elle est un prealable a l'etude plus precise de fiabilite qui amenera a completer les eurocodes pour des systemes innovants qui n'ont pas ete pris en compte dans les reglements. Enfin, une etude de la mise en autocontrainte des systemes est proposee. Elle permet de montrer que l'assemblage des systemes de tensegrite peut se faire dans une geometrie non-autocontrainte, avec seulement quelques cables actifs assurant la mise en tension.

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Prevost, Valérie. "Contribution à l'élaboration de matériaux polymères conducteurs électroniques : étude et modélisation de la polymérisation de l'aniline et de sa copolymérisation avec des acides o-amino-phénoxyalcanesulfoniques." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1997. http://www.theses.fr/1997INPL046N.

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Abstract:

Dans le cadre du développement de matériaux polymères conducteurs électroniques, ces travaux visent, d'une part, l'élaboration d'un modèle de la polymérisation de l'aniline par couplage chimique oxydant (en milieu acide et en présence de persulfate d'ammonium), et d'autre part, son extension à la copolymérisation de l'aniline avec des acides o-amino-phénoxyalcanesulfoniques. Mise en place pour l'étude de l'influence des conditions opératoires (nature de l'oxydant, acidité du milieu, concentrations des réactifs,), la technique de suivi de l'avancement de la réaction par la mesure du potentiel redox du milieu a permis de mettre en évidence les étapes essentielles du processus de polymérisation. Le modèle global proposé prend en compte une étape lente d'initiation (dimérisation), une phase de propagation (caractérisée par l'autocatalyse par le polymère formé) et la dégradation du dimère (hydrolyse). L’optimisation des paramètres cinétiques et la validation du modèle sont réalisées à partir des courbes d'évolution de la conversion d'aniline, déterminées à l'issu du dosage par CPG du monomère résiduel. L’étude cinétique des copolymérisations de l'aniline avec les dérivés substitués par un groupement alkoxysulfonique montre que la réactivité des comonomères en présence est très différente selon le processus envisagé. À cause de l'encombrement stérique des substituant, la dimérisation implique obligatoirement une molécule d'aniline. Au cours de la phase de propagation, l'effet électrodonneur des substituant, abaissant le potentiel d'oxydation par rapport à celui de l'aniline, est favorable à l'attaque électrophile des macromolécules, et entraine une réactivité des dérivés très supérieure à celle de l'aniline. Les copolymères obtenus présentent vraisemblablement une structure séquencée. Les conductivités de ces copolymères autodopés sont comprises entre 10-⁴ et 1 S. Cm-1.

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Zhao, Jing. "Étude des aspects cinétiques et thermodynamiques gouvernant la perméabilité de modèles d’essence à l’interface de deux matériaux polymères barrières : application à l’optimisation de réservoirs pour carburants." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL088N/document.

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Abstract:

Répondant à une forte demande de sécurité, d’économie de poids et d’optimisation du volume utile, les réservoirs pour carburants sont actuellement généralement constitués d’une paroi barrière polymère multicouche visant à limiter les émissions de vapeurs dans l’atmosphère. Etre capable de prédire les perméabilités est primordial pour l’optimisation de telles structures. Grâce à des automates conçus au laboratoire, les mesures de sorption et de perméabilité ont été réalisées pour trois polymères leaders du domaine (PEHD, Liant et EVOH) et des mélanges modèles de carburants composés d’éthanol, d’iso-octane et de toluène. Les propriétés de sorption ont été modélisées par UNIQUAC et un nouveau modèle inédit SORPFIT. Les paramètres des lois de diffusion, de type TSVF2 ou Long généralisé, ont aussi été optimisés pour chaque polymère malgré une difficulté particulière pour l’EVOH. Une méthodologie originale a été ensuite proposée pour la prédiction des flux partiels des multicouches à partir des paramètres caractéristiques des monocouches correspondantes. Selon la nature et la disposition de chaque couche, deux cas de figures ont été identifiés : la limitation cinétique et la limitation thermodynamique du transfert, cette dernière étant estimée à partir des modèles de sorption initialement optimisés. La confrontation des calculs avec les mesures expérimentales réalisées pour des films bicouches et tricouches d’Arkema montre des prédictions très satisfaisantes. Cette approche est finalement étendue à la simulation de la perméabilité de structures multicouches plus complexes et plus représentatives des réservoirs pour carburants industriels
Responding to a strong demand for security, weight reduction and volume optimization, the fuel tanks are currently usually made of polymer multi-layer barriers in order to limit vapour emissions into the atmosphere. The prediction of their permeability remains a world-wide critical challenge for the multi-layer optimization. Thanks to original semi-automated experimental set-ups, sorption and permeability measurements were carried out for three leading polymer materials (HDPE, EVOH and Binder) and model fuel mixtures of ethanol, iso-octane and toluene. The modelling of the sorption properties was successfully achieved by the UNIQUAC model and a new model called SORPFIT. The parameters of the diffusion laws according to the TSVF2 or the generalized Long models were also optimized for each polymer despite some difficulty with EVOH. An original methodology was then proposed for predicting the partial fluxes of polymer multi-layers from the characteristic parameters of the corresponding mono-layers. Depending on the nature and disposition of each layer, two scenarios were identified: the kinetics limitation and the thermodynamics limitation of mass transfer, the latter being estimated from the sorption models initially optimized. The comparison of the calculated fluxes with the experimental data obtained for bi-layer and tri-layer films provided by the world-wide industrial company Arkema showed that the predictions were very satisfying. This approach was then extended to the simulation of the permeability of more complex multi-layer structures which are more representative of commercial fuel tanks

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Solar, Mathieu. "Simulations numériques de dynamique moléculaire du contact normal et tangentiel sur surfaces de polymères amorphes linéaires : vers une meilleure compréhension de la physique locale du contact." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/SOLAR_Mathieu_2010.pdf.

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Abstract:

L'amélioration du comportement surfacique des polymères nécessite une meilleure compréhension de la physique locale du contact. La mécanique des milieux continus trouve ses limites dans l'analyse de phénomènes aux petites échelles. Le recours aux simulations de dynamique moléculaire (DM) trouve ici son sens. Des simulations de DM de l'essai de nano indentation et de nano-rayure ont été réalisées pour des volumes élémentaires représentatifs d'un modèle de polymère amorphe. Tout d'abord, les essais d'indentation ont montré de fortes similitudes avec des résultats d'essais de nano indentation sur des films d'époxy de températures de transition vitreuse diverses. Ensuite, les essais de rayure ont permis d'aborder une étude originale du frottement local. Par ailleurs, nos résultats ont permis de mettre en évidence l'existence d'une fine couche cisaillée sous le contact lors de l'indentation et de la rayure, puisqu'il est possible de montrer que l'orientation des chaînes y est modifiée. L'épaisseur de cette couche cisaillée dépend de la nature du potentiel d'interaction pointe / film de polymère, de la rugosité de la pointe, mais aussi du motif cristallographique de cette dernière. Enfin, des essais mécaniques uniaxiaux sur un cube de polymère amorphe linéaire ont été réalisés, pour estimer le comportement mécanique du "polymère numérique". Un premier lien original entre simulations de DM et par éléments finis a alors pu être établi. Finalement, des premières informations sur les changements locaux de microstructure du polymère ont pu être mises en évidence
The improvement of polymer behavior requires a better understanding of the local physics of their contact mechanics. Continuum Mechanics (CM) approach is nevertheless limited when the local physics contributes to the global behaviour, because the matter is seen as a continuous medium. The Molecular Dynamics (MD) simulations are more relevant in such a situation because they consider molecular details and use a statistic thermodynamic formulation. In this work, MD simulations of nano-indentation and nano-scratch tests are studied on linear amorphous polymer surfaces. The tested volume elements are close to the Representative Volume Element of the model of linear amorphous polymer. First, results of MD simulations exhibit good correlations with experimental indentation data, and a study of local friction during scratch tests propose some origins to local friction. Then, an analysis of bond orientation in polymer chains display the existence of a small sheared layer under the tip, during indentation and scratch. The thickness of this small sheared layer depends on the interaction between the tip and the polymer film, on the roughness of the tip, and on the cristallographic pattern of the tip. At last, we sketch out an original link between DM and CM by investigating one-dimensional mechanical behavior of the numerical model of polymer. Finally, our results on local microstructural changes in the polymer (during indentation and scratch) are a first step for a better comprehension of local physics of contact mechanics on polymer surfaces

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Leboeuf, Mathilde. "Influence des paramètres du procédé sur les propriétés électriques et rhéologiques des polyamides chargés de noir de carbone." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00246810.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'influence des paramètres de mise en œuvre sur les propriétés électriques de polyamides chargés de noir de carbone. Deux approches sont utilisées :* Une étude expérimentale dont le but est de déterminer les paramètres du procédé favorables aux propriétés électriques. Nous avons caractérisé les produits obtenus à l'aide de la microscopie ainsi que de mesures électriques et rhéologiques. Pour cela, nous avons mis en place une nouvelle méthode de caractérisation qui consiste à mesurer simultanément les propriétés rhéologiques et électriques des produits.* Une étude numérique traitant de la dispersion d'un agglomérat dans un écoulement de cisaillement, à l'échelle microscopique. La charge modélisée est constituée d'un assemblage de charges sphériques, reliées entre elles par une énergie de cohésion.

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Castro, Lopez William Camilo. "Modélisation du comportement diffuso-mécanique d'un polymère semi-cristallin sous pression d'eau." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015ESMA0010.

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Abstract:

La compréhension des couplages hydro-mécaniques pouvant influencer le comportement mécanique d’un polymère semi-cristallin (PSC) sous forte pression d’eau est à l’origine de ce travail de recherche.Afin de décrire des phénomènes de diffusion d’eau et leurs impacts sur le comportement mécanique du matériau lors d’un chargement multiaxial, l’influence des caractéristiques microstructurales sur le comportement diffuso-mécanique du matériau a été considérée dans la modélisation. Un modèle de comportement mécanique permettant de rendre compte du phénomène de cavitation généré par d’importantes déformations en traction et de l’évolution du comportement mécanique macroscopique vis-à-vis de la pression de confinement est ainsi couplé à un modèle de sorption dépendant de l’état microstructural du matériau. Une représentation multiphasique à différentes échelles est considérée : à une échelle ‘macroscopique’, le polymère cavité sous pression d’eau est assimilé à un milieu poreux constitué d’une phase solide (PSC) et une phase fluide (l’eau saturant les pores). A l’échelle du polymère, le comportement viscoplastique du PSC est modélisé à partir de la thermodynamique des milieux poreux, appuyé dans une représentation mésoscopique de sa microstructure, où le réseau cristallin interagit avec l’amorphe libre.Le modèle couplé a été implémenté dans un code de calcul par Eléments Finis. Les résultats de simulation démontrent la potentialité du modèle proposé, notamment sa capacité à capter des phénomènes de couplage entre la microstructure du matériau, la diffusion d’espèces et l’état de contraintes et déformations locales du matériau, permettant ainsi d’explorer des voies de compréhension des observations expérimentales
Comprehension of the hydro-mechanical coupling affecting the mechanical behavior of a semicrystalline polymer (SCP) under high water pressure was the motivation of this research work.In order to describe the water diffusion phenomenon and its impact on the mechanical behavior of the SCP when multiaxial stresses are applied, the effect of the microstructure on the diffuso-mechanical behavior of the polymer was considered for modeling. A constitutive model including void nucleation and growth induced by large strains, and a dependence of the macroscopic mechanical behavior on hydrostatic pressure, is then coupled with a sorption model depending on the microstructure of the polymer.A multiphase representation at two scales is considered: at a ‘macroscopic’ scale, the cavitated SCP under water pressure is considered to be a saturated porous medium with the SCP as the solid phase, and the water saturating the voids as the fluid phase.At a lower scale, the viscoplastic behavior of the SCP has been modeled from the thermodynamics of porous media based on a meso-scale representation of its microstructure with the crystalline lamellae interacting with the free amorphous.The coupled model was implemented into a finite elements code. The simulation results demonstrate the potential of the proposed model, in particular its capability to take into account coupling phenomena between the microstructure of the material, species diffusion and the local state of stresses and strains which contributes to the comprehension of experimental observations

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Zerguine, Walid. "Adaptation de maillages anisotropes et écoulements multifluides : Applications en injection assistée eau." Paris, ENMP, 2010. http://www.theses.fr/2010ENMP0082.

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Abstract:

L’Injection Assistée Eau (IAE) est un procédé récent de fabrications de pièces creuses thermoplastiques. La simulation numérique est une étape importante du processus de mise au point de cette technologie innovante. Le cadre de ces travaux de thèse est le développement d’un module de simulation numérique du procédé IAE. Les retombées industrielles et technologiques de cet outil numérique apporteront des informations cruciales sur la sensibilité des propriétés des pièces injectées aux conditions d’injection. L’hydrodynamique du système multiphasique polymère-eau-air est décrite par la résolution des équations de Navier-Stokes dans le cadre d’une formulation monolithique eulérienne. La méthode consiste à résoudre le système d’équations sur un seul maillage. Une fonction distance permet de décrire les interfaces eau-polymère et polymère-air, et de fournir les propriétés physiques de chaque sous-domaine. Une stratégie innovante d’adaptation dynamique de maillage anisotrope permet de diminuer les fortes hétérogénéités des phases en présence. Deux voies sont explorées. La première considère des maillages définis à partir de métriques construites a priori sur le gradient de la fonction Level set et la seconde approche considère la construction d’une métrique basée sur un estimateur d’erreur a posteriori minimisant l’erreur d’approximation sous contrainte de garder un nombre d’éléments constant. Une confrontation à des essais expérimentaux valide la pertinence de notre outil à prédire de manière précise l’évolution de la veine d’eau dans la pièce type IAE
The Water Assisted Injection Molding (WAIM) is a recent manufacturing process that produces thermoplastic hollow parts. Numerical simulation is an important step in the development of this innovative technology. The framework of the thesis is the development of a numerical simulation module for the WAIM process. The industrial and technological benefits of this numerical tool will provide crucial information on the sensitivity of the properties of injection molded parts to injection conditions. The hydrodynamics of the multiphase polymer-water-air system is described by the resolution of the Navier-Stokes equations within the framework of an eulerian monolithic formulation. The method consists in solving the system of equations on a single mesh. A distance function allows to describe the interfaces water-polymer and polymer-air to supply the physical properties of every sub-domain. A strategy of anisotropic dynamic mesh adaptation allows to decrease the strong heterogeneities of the phases in presence. Two ways are investigated. The first one considers meshes constructed from a priori metrics based on the gradient of the Levelset function and the second approach considers the construction of a metric based on a posteriori error estimator minimizing the error of approximation under constraint to keep a constant number of elements. A confrontation in experimental trials confirms the relevance of our tool to predict the evolution of the water vein in a typical WAIM part

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Dabo, Mouhamadou. "Analyse du comportement mécanique des mousses polymères : apport de la tomographie X et de la simulation numérique." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAE041/document.

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Abstract:

Les matériaux polymères à structures cellulaires allient des propriétés mécaniques, thermiques, chimiques et optiques intéressantes aux regards des contraintes d’allègement des systèmes et des structures. Toutefois, pour diversifier leurs applications et les rendre toujours plus performants dans les domaines de la santé, du transport ou encore du bâtiment, une étude fine des relations qui lient les procédés de fabrication à la microstructure générée et aux propriétés qui en découlent, doit être menée. Ces propriétés mécaniques dépendent étroitement des propriétés de la matière dont les mousses sont faites mais aussi de la morphologie de leurs microstructures (orientation, distribution et taille des pores, épaisseur des parois). Il est donc crucial de pouvoir quantifier et mesurer ces paramètres pour tendre vers une compréhension fine des propriétés mécaniques et définir des modèles capables de relier le comportement macroscopique du matériau cellulaire vis-à-vis de son « équivalent » massif et de la microstructure. En collaboration étroite avec la direction recherche et développement de l’entreprise INTEREP, leader européen du caoutchouc cellulaire étanche, une caractérisation expérimentale du comportement mécanique de mousses de différentes natures polymériques et de différentes topologies à d’abord été effectuée. Ensuite un ensemble de modélisations géométriques a été développé à partir d’observations microstructurales de vraies mousses en micro-tomographie RX et à partir de microstructures générées virtuellement par le biais d’une description physique du processus de fabrication de mousses polymères. Finalement, une simulation numérique éléments finis en 2D et en 3D de ces microstructures couplées à la caractérisation expérimentale du matériau massif des parois a permis de reproduire et d’étudier finement les mécanismes de déformations observés expérimentalement sur des mousses polymères et d’affiner les lois de comportement empiriques avec la prise en compte d’un paramètre supplémentaire caractéristique de la statistique de distribution des cellules dans l’espace, c'est-à-dire de leurs localisations et de leur distribution de taille et de forme
Polymer foams materials combine mechanical, thermal, chemical and optical interesting properties going with light weighting structures problems. However, to diversify their applications and make them even more efficient in health field, transportation or building, a fine study of the relationships between manufacturing processes to generated microstructures and resulting properties must be conducted. These mechanical properties are highly depending on the properties of material with which foams are made but also on the morphology of their microstructures (orientation, distribution and pore size, wall thickness). Thus it is crucial to quantify and measure these parameters to strive for a detailed understanding of the mechanical properties and define models capable of linking global behavior of cellular materials to bulk materials and microstructures. Working closely with research and development division of INTEREP, European leader in waterproof cellular rubber, an experimental characterization of the mechanical behavior of polymer foams of different natures and different topologies has been performed first. Then geometrical modeling was developed from micro structural observations of real foams in x-ray micro-tomography and from virtually generated microstructures through a physical description of polymer foams manufacturing process. Finally finite element simulation in 2D and 3D of these microstructures were coupled with the experimental characterization of bulk material allowing thus to reproduce and finely study deformation mechanisms experimentally observed on polymer foams and refine empirical behavior laws by taking into account additional characteristic parameter of cells statistical distribution in space like their location and their size distribution and shape

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Mortazavi, Bohayra. "Multiscale modeling of thermal and mechanical properties of nanostructured materials and polymer nanocomposites." Thesis, Strasbourg, 2013. http://www.theses.fr/2013STRAD007/document.

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Abstract:

Les matériaux nanostructurés suscitent un intérêt qui va croissant en raison de leurs propriétés chimiques et physiquesexceptionnelles. A cause de la complexité et du coût des développements expérimentaux à l’échelle nano, la simulationnumérique devient une alternative de plus en plus populaire aux études expérimentales. Dans ce travail de thèse, nous avons essayé de combiner des simulations à l’échelle atomique avec de la modélisation en milieu continu pour évaluer la conductivité thermique et la réponse élastique de matériaux nanostructurés. Nous avons utilisé des simulations de dynamique moléculaire pour calculer la réponse mécanique et thermique des matériaux sur des volumes à l’échelle nano. Des méthodes de micromécanique et la méthode des éléments finis, qui utilisent la mécanique des milieux continus, ont permis d’évaluer les propriétés mécaniques des matériaux à l'échelle macroscopique. Les résultats obtenus par ces simulations numériques ont été ensuite comparés avec ceux issus de l’expérience
Nanostructured materials are gaining an ongoing demand because of their exceptional chemical and physical properties. Due to complexities and costs of experimental studies at nanoscale, computer simulations are getting more attractive asexperimental alternatives. In this PhD work, we tried to use combination of atomistic simulations and continuum modeling for the evaluation of thermal conductivity and elastic stiffness of nanostructured materials. We used molecular dynamics simulations to probe and investigate the thermal and mechanical response of materials at nanoscale. The finite element and micromechanics methods that are on the basis of continuum mechanics theories were used to evaluate the bulk properties of materials. The predicted properties are then compared with existing experimental results

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Nguyen, Van-Hau. "Characterization and modeling of flax fiber reinforced composites manufacturing by resin transfer molding process." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10156.

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Abstract:

Ce travail de thèse présente la caractérisation expérimentale de fibres de lins et une modélisation de l’écoulement de résine lors du procédé de Resin Transfer Molding (RTM) utilisant ces mêmes fibres. La variation du diamètre des filaments de lins immergés dans différents liquides tests est caractérisée par observation au microscope. Le taux et la vitesse d’absorption de liquides tests dans les fibres sont ensuite obtenus par centrifugation. Un nouveau modèle de perméabilité est ainsi développé afin de prendre en compte les effets du gonflement des fibres sur la perméabilité quelque soit le liquide test considéré. Le modèle est validé après comparaison avec les perméabilités expérimentales. Les propriétés de mouillage des fibres de lin en présence de différents liquides tests sont mesurées en utilisant un tube capillaire et une mèche de fibres de lin. Un modèle prenant en compte le gonflement des fibres ainsi que le phénomène d’absorption est proposé pour déterminer la tension de surface et l’angle de contact décrivant la mouillabilité. L’écoulement insaturé dans le tissu de fibres de lin est modélisé en utilisant l’équation de conservation de la masse, la loi de Darcy ainsi que les modèles de gonflement et d’absorption précédemment définis. Le flux massique absorbé dans les fibres et la modification du taux local de fraction volumique sont introduits par l’intermédiaire de termes puits dans l’équation de conservation de la masse. La variation de perméabilité spatiale et temporelle non uniforme peut ainsi être considérée dans le modèle complet proposé. Ce modèle est validé par comparaison avec un suivi expérimental de l’écoulement dans une préforme de fibres de lin
This thesis presents an experimental characterization of flax fiber and a modeling of the resin flow during the resin transfer molding process with flax preform. The change of diameter of flax fiber filament immersed in different test liquids was characterized using optical microscope. The sorption rate of the resin mass into the fiber filament immersed in the test liquids was also experimentally characterized using centrifuge test. A new permeability model was proposed to predict the permeability taking into account the fiber swell effect, regardless of test liquid and the model was validated by a comparison with the experimental measurement data. The wetting properties of flax fiber in contact with different test liquids were measured by capillary rise test using flax fiber yarn and a new model was established to obtain surface tension and contact angle by considering the fiber swell effect and the liquid sorption into the fiber filament. The unsaturated resin flow in the flax fiber preform was modeled by modifying the conventional mass conservation equation and Darcy’s law in order to take into account the effects of fiber swell and liquid sorption. The mass rate absorbed into the fiber and the change of fiber volume were considered as sink terms in the mass conservation equation. The permeability change due to the fiber swell was modeled in terms of time of fiber’s immersion in liquid. In particular, the sink term and permeability were considered as spatially and temporally non-uniform in the flow model. The proposed model was validated by a comparison with the experimental measurement of flow advancement in the flax fiber preform

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Lebihain, Mathias. "Large-scale crack propagation in heterogeneous materials : an insight into the homogenization of brittle fracture properties." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS522.

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Abstract:

La compréhension du comportement macroscopique d'un matériau à partir de la donnée de ses constituants à l'échelle microscopique a toujours été le Saint Graal en science des matériaux dans la mesure où elle fournit les éléments essentiels à la prédiction de la résistance d'une structure et au développement de matériaux aux propriétés innovantes. Si la théorie de l'homogénéisation constitue un cadre théorique établi pour prédire la réponse effective d'une vaste classe de comportements matériaux, elle ne permet pas à l'heure actuelle de prédire les propriétés effectives en rupture fragile. S'attaquer à cette question suppose de tirer profit des caractéristiques uniques de la rupture fragile qui est (i) un problème d'évolution dissipatif, (ii) localisé en pointe de fissure et (iii) relié à un problème de structure. Dans ce travail, nous proposons un formalisme théorique fondé sur une approche perturbative de la mécanique de la rupture afin de (i) modéliser la propagation de fissure dans les milieux désordonnés de grande taille. L'implémentation numérique de ce modèle nous permet (ii) d'étudier en détail les mécanismes dissipatifs mis en jeu en pointe de fissure lorsqu'une fissure interagit avec des hétérogénéités. Leur contribution au renforcement du matériau à l'échelle macroscopique est finalement (iii) estimée à partir de la résolution du problème de structure à l'aide d'outils empruntés à la physique statistique. Les apports théoriques et numériques de la thèse sont finalement confrontés aux résultats d'expériences de fissuration de polymères hétérogènes imprimés 3D, extraits d'outils de corrélation d'image
Being able to predict the macroscopic response of a material from the knowledge of its constituent at a microscopic or mesoscopic scale has always been the Holy Grail pursued by material science, for it provides building bricks for the understanding of complex structures as well as for the development of tailor-made optimized materials. The homogenization theory constitutes nowadays a well-established theoretical framework to estimate the overall response of composite materials for a broad range of mechanical behaviors. Such a framework is still lacking for brittle fracture, which is a dissipative evolution problem that (ii) localizes at the crack tip and (iii) is related to a structural one. In this work, we propose a theoretical framework based on a perturbative approach of Linear Elastic Fracture Mechanics to model (i) crack propagation in large-scale disordered materials as well (ii) the dissipative processes involved at the crack tip during the interaction of a crack with material heterogeneities. Their ultimate contribution to the macroscopic toughness of the composite is (iii) estimated from the resolution of the structural problem using an approach inspired by statistical physics. The theoretical and numerical inputs presented in the thesis are finally compared to experimental measurements of crack propagation in 3D-printed heterogeneous polymers obtained through digital image correlation

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Blivi, Adoté Sitou. "Effet de taille dans les polymères nano-renforcés : caractérisation multi-échelles et modélisation." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2431/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce document vise à mettre en évidence et à comprendre l'effet de la taille nanométrique des renforts sur les propriétés des nanocomposites avec une approche expérimentale. Des nanocomposites de PMMA et particules de silice (15nm, 25nm, 60nm, 150nm et 500nm) de fractions volumiques 2 0/0, 40/0 et 6 0/0 ont été fabriqués. Des analyses multi-échelles (MET et DRX-WAXS) ont montré que les paramètres caractéristiques de la microstructure des nanocomposites varient avec la taille des nanoparticules. En effet, la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante a entrainé une diminution de la distance intermoléculaire. Cette diminution a induit une densification de la matrice et une réduction de la mobilité des chaînes de la matrice. Des essais mécaniques (traction, DMA) ont montré que les modules de Young (E) et de conservation (E') des nanocomposites augmentent avec la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante. Et que l'augmentation de E' est conservée avec l'augmentation de la température. Une augmentation des températures de transition vitreuse (Tg) et de dégradation (Td) a également été observée avec les essais DSC, DMA et ATG. Le modèle de la borne inférieure d'Hashin-Shtrikman étendue aux nanocomposites à renforts sphériques proposé par Brisard a été utilisé. La modélisation des modules élastiques des nanocomposites a montré que pour reproduire les données expérimentales, il faut que d'une part que les modules surfaciques caractérisant l'interface soient dépendants de la taille des nanoparticules. Et d'autre part, tenir compte de l'état de dispersion des nanoparticules
The work presented in this paper aims to highlight and to understand the size effect of nano-reinforcements on nanocomposite properties With an experimental approach. Nanocomposites of PMMA and silica particles With different sizes (15nm, 25nm, 60nm, 150nm and 500nm) and volume fractions (20/0, 4 0/0 and 60/0) were manufactured. Multiscale analysis (MET and DRX-WAXS) have shown that the characteristic parameters of the microstructure of nanocomposites vary With the size of the nanoparticles. Indeed, the decrease in the size of nanoparticles at a given volume fraction implies a decrease of the intermolecular distance. This decrease has induced a densification of the matrix and a decrease of the matrix chain mobility. Mechanical tests (tensile, DMA) have shown that the young (E) and the conservation (E') moduli of the nanocomposites increase With the decrease in the size of the nanoparticles With a constant volume fraction. And the increase of E l is kept when temperature growing. An increase in glass transition (Tg) and degradation temperature (Td) was also observed With the DSC, DMA and ATG tests. Experimental elastic properties of the nanocomposites were used to assess the relevance of size effect micromechanical models, particularly the Hashin-Shtrikman bounds With interface effects proposed by Brisard. The modeling has shown that to reproduce the experimental elastic moduli of nanocomposites, the elastic coefficients of the interface must be dependents on particle sizes. And the state of dispersion of particles must be taken into account

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Moreno, Flores Gregorio. "Modèles de polymères dirigés en milieu aléatoires." Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077043.

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Abstract:

Nous étudions plusieurs modèles de polymères dirigés en milieux aléatoires. Pour le modèle classique sur Z^d, nous étudions la convergence de l'environnement vu par la particule dans la région de faible désordre. Nous donnons des résultats très forts pour de très hautes valeurs de la température. Nous donnons ensuite un traitement complet de la fonction de partition pour un modèle de polymères dirigés en milieux aléatoires sur le réseau hiérarchique en diamant. Finalement, nous étudions l'énergie libre des polymères dirigés en milieux aléatoires sur Z^d dans des boites très asymétriques. Nous parvenons à prouver que, dans un régime approprié, elle coïncide avec l'énergie libre d'un modèle en temps continu dans un environnement Brownien. En dimension 1, la valeur exacte de cette énergie libre est connue. Nous étudions également des polymères dirigés en dimension 1 avec un drift qui tend vers l'infini. Nous donnons la valeur exacte de l'énergie libre et l'ordre des fluctuations de la fonction de partition
We study several models of directed polymers in random environments. For the classical model on Z^d, we study the convergence of the environments seen by the particle in the weak disorder region. We prove strong results for very high values of the temperature. We then give a complete treatment of the partition function of directed polymers on the diamond hierarchical lattice. Finally, we study the free energy of directed polymers in random environments on Z^d in very asymmetric boxes. We prove that, in a particular regime, it coincides with the free energy of a continuous time model in a Brownian environment. For d=l, the exact value of this free energy is known. We also study one- dimensional directed polymers with a huge drift. We give the exact value of the free energy and compute the order of fluctuations of the partition function

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Corneille, Sylvie. "Homogénéisation périodique de matériaux microfissures." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20104.

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Abstract:

On cherche a déterminer la loi de comportement de matériaux constitues d'une matrice élastique périodiquement amoindrie par des microfissures. On adopte pour modéliser le contact et le frottement au niveau des fissures les conditions de signorini et la loi de coulomb. La propagation des fissures n'est pas prise en considération. Dans le cadre de l'homogénéisation périodique, une brevet étude thermodynamique permet de voir que la loi homogénéisé est de type standard et dépend d'une infinité de variables internes qui sont les sauts de déplacement tangentiel sur les fissures. On a réalise un logiciel éléments finis adapte a la résolution du problème en deux dimensions. On montre en particulier comment ont été couplées une méthode de résolution des équations de contact et frottement et une méthode de multiplicateurs de Lagrange pour prendre en compte des conditions de périodicité sur la cellule de base. La comparaison de nos résultats avec ceux de différentes méthodes utilisant des solutions en milieu infini ou des approximations polynomiales montre en particulier que le schéma différentiel et la méthode autocoherente n'améliorent pas forcement les résultats par rapport aux méthodes qui négligent les interactions entre fissures telles que la méthode des faibles concentrations. L'influence du frottement est importante sur le comportement local (en particulier, le frottement peut bloquer le glissement) mais ne semble pas se retrouver pour des chargements usuels lorsqu'on passe a la moyenne et est donc négligeable sur le comportement global

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Federico, Carlos. "Effets couplés de la température et de la vitesse de déformation sur le comportement mécanique non-linéaire des polymères amorphes : Caractérisation expérimentale et modélisation de la superposition vitesse de déformation-température." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEM009/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de proposer une stratégie simplifiée et précise pour caractériser et modéliser le comportement mécanique des polymères amorphes de l'état quasi-fluide à l'état solide.L'étude a été réalisée sur des PMMA de masses molaires et de degré de réticulations différentes.D’abord, le comportement mécanique dans le domaine viscoélastique linéaire est étudié à l'aide de tests DMTA et rhéologiques. Il ressort de l’étude que l'augmentation de la masse molaire et du degré de réticulation augmentait les modules de stockage et de perte en tant que la transition α. En parallèle, l'utilisation du principe de superposition temps-température a permis de déterminer «des vitesses de déformation équivalentes à la température de référence».Ensuite, le comportement mécanique à grande déformation est étudié par essais cycliques en traction uni-axial et de cisaillement à haute température et couplés à la DIC. De plus, les effets de la vitesse de déformation et de la température ont été couplés grâce à "vitesse de déformation équivalent à la température de référence" extrait des observations dans le domaine linéaire. Les résultats ont montré que cibler la même vitesse de déformation équivalente conduira aux mêmes courbes contrainte-déformation, c'est-à-dire la même réponse mécanique. Ceci permet de réduire le nombre de tests expérimentaux nécessaires pour caractériser le comportement mécanique des polymères amorphes.Enfin, un modèle basée dans un cadre thermodynamique a été utilisée pour reproduire la réponse mécanique des PMMAs à grande déformation. Le modèle présentait un bon accord avec les données expérimentales, étant capable de reproduire des comportements visco-élasto-plastiques, viscoélastiques, hyperélastiques et visco-hyperelastiques pour la traction cyclique
The present PhD thesis proposes a simplified and accurate strategy for characterising and modelling the mechanical behaviour of amorphous polymers from the quasi-fluid state up to the solid state.The study was carried out on PMMAs with different molar masses and crosslinking degree.First, we addressed the mechanical behaviour in the linear viscoelastic domain using DMTA and rheological tests. Results showed that increasing the molar mas and crosslinking degree increased the elastic and loss moduli as the α-transition. In parallel, using the time-temperature superposition principle allowed determining “equivalent strain rates at reference temperature”.Then, we performed uniaxial tensile and shear uploading-unloading tests at high temperature and coupled with DIC, to characterise the mechanical behaviour at large strain. Additionally, strain rate and temperature effects were coupled by means of the “equivalent strain rate at reference temperature” extracted from observations in the linear domain. Results showed that targeting the same equivalent strain rate lead to the same stress-strain curves, i.e. same mechanical response. This allows reducing the number of experimental tests needed to characterise the mechanical behaviour of amorphous polymers.Finally, a constitutive modelling based in a thermodynamics framework, was used to reproduce the mechanical response of the PMMAs at large deformation. The model presented a good agreement with the experimental data, being able to reproduce viscoelastoplastic, viscoelastic, hyperelastic and viscohyperelastic behaviours for cyclic loading tensile

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Inoubli, Rabi. "Synthèse, structure et propriétés viscoélastiques de polymères chargés modèles." Pau, 2005. http://www.theses.fr/2005PAUU3020.

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Abstract:

Les propriétés viscoélastiques de systèmes dispersés restent mal comprises, du fait d'une mauvaise compréhension de l'effet des interactions. Le but de l'étude est d'analyser les relations entre la structure et les propriétés de nanocomposites silice greffée/polyacrylate de butyle. Nous avons mis au point une nouvelle méthode de greffage par Polymérisation Radicalaire Contrôlée et "grafting from". Cela permet un contrôle de la masse molaire des chaînes greffées et de la densité de greffage. Nous pouvons ainsi réaliser l'étude d'un système modèle, en nous intéressant à l'influence des interactions stériques sur le comportement viscoélastique. Nous avons analysé les relations entre les interactions stériques, la fraction volumique de silice et l'organisation spatiale des charges par des mesures de diffusion de neutrons (DNPA). Ces expériences permettent de déterminer les caractéristiques microscopiques de la dispersion, elles montrent qu'il existe une transition entre les faibles fractions, où aucune corrélation entre particules n'est détectée et des fractions plus importantes (>4%) où un facteur de structure caractéristique est mesuré. Les études rhéologiques montrent que pour les faibles fractions, il existe deux relaxations: celle de la matrice et une secondaire dont nous avons déterminé l'origine. Lorsque la fraction volumique augmente, on observe le passage par un point de gel puis une transition liquide-solide pour une fraction volumique qui correspond à l'apparition du S(q) mesuré par DNPA. Au final, les particules se comportent comme des sphères dures, la transition liquide-solide est due à l'interpénétration des parties les plus extérieures des couches greffées
The linear viscoelastic properties of dispersed systems such as filled polymers are still poorly understood, because of a lack of theoretical knowledge about the role of interactions between particles of the dispersed phase. The aim of this work is to investigate the structure/properties relationship of polybutylacrylate filled with grafted silica particles. The method used to synthesize the silica grafted particles (coupling between techniques of “grafting from” and “controlled radical polymerization”) allows to vary the length, density and molecular topology of the grafted polybutylacrylate layer. We are thus able to study model filled polymers, and more particularly the influence of steric interactions between particles on the linear viscoelastic behavior. We first investigated the link between steric interactions, volume fraction of silica, and the spatial organization of the particles in the matrix. SANS experiments clearly show a transition between low volume fractions, were no correlations between individual particles can be detected, and high volume fractions (4%), were a structure factor is measured, showing a spatial organization of the particles. We correlated these results to spectromechanic experiments on the same systems. We show a liquid-to-solid transition for volume fractions of the same order of magnitude as the one measured by SANS. This study on a model filled polymer shows that there are only steric interactions in this system. Particles have a hard sphère behavior and the liquide-solide transition is due to the interpenetrating of grafted polymer extern part

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Rubio, Patrice. "Rhéologie élongationnelle, équation constitutive en viscoélasticité non linéaire." Pau, 1999. http://www.theses.fr/1999PAUU3005.

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Abstract:

Cette étude rassemble des caractérisations rhéologiques en élongation et en phase fondue de polymères commerciaux à larges distributions de masse molaire et pouvant contenir des ramifications. Les viscosités transitoires en élongation uniaxiale sont sensibles aux caractéristiques physico-chimiques des matériaux, alors que les viscosités en élongation équibiaxiale et à l'état stable, mesurées par compression lubrifiée, ne montrent aucune différence de comportement entre des polymères linéraires et des polymères ramifiés. Nous pouvons rendre compte des influences de la structure moléculaire sur les propriétés rhéologiques en élongation en utilisant une équation de comportement de type k-bkz suivant le modèle de dynamique moléculaire de Doi et Edwards. Notre étude s'appuie sur des recherches en rhéologie moléculaire et permet d'introduire l'influence du tenseur sphérique des contraintes sur les temps de relaxation des chaines macromoléculaires soumises à une élongation. La modélisation représente correctement les propriétés rhéologiques en élongation et décrit quantitativement les orientations moléculaires des chaines macromoléculaires linéaires (PMMA). Nous modélisons les propriétés réhologiques de PEBD en viscoélasticité linéaire des travaux théoriques de McLeish. Nous proposons aussi une modélisation en viscoélasticité non linéaire en posant que les portions de tube entre ramifications subissent un étirement sous la déformation tout en s'orientant dans l'écoulement (Marrucci, Graesslay). Pour rendre compte de la réalité expérimentale, il faudrait tenir compte d'un processus de relaxation de l'étirement aux grandes déformations. Nous définissons un critère de déformation critique pour représenter la déformation de rupture d'un échantillon soumis à une élongation à vitesse de déformation constante et en régime transitoire. Un critère analogue peut être mis en évidence pas des simulations de tirage sur joncs en condition isotherme et utilisant une équation constitutive de type k-bkz.

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Gaétane, Ceglia. "Elaboration et caractérisation de matériaux polymères poreux modèles à base d'émulsions contrôlées." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00731266.

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Abstract:

Des mousses de polymères modèles sont élaborées à partir d'émulsions afin d'en étudier les propriétés. De telles mousses sont intéressantes dans des applications variées d'amortisseurs (sécurité passive), de filtres ou d'isolation. Les objectifs de cette étude sont de comprendre l'origine des propriétés mécaniques des mousses et d'identifier les paramètres structuraux les plus pertinents. Pour cela, la première étape consiste en la fabrication de mousses de morphologies contrôlées à partir d'émulsions monodisperses très concentrées. Par polymérisation de la phase continue des émulsions, des mousses solides modèles à taille de cellules contrôlées et de porosité ouverte sont obtenues. Ensuite la structure de ces matériaux poreux est analysée et comparée à celle des émulsions initiales. Enfin, ces mousses sont caractérisées mécaniquement en compression. Nous présentons les résultats obtenus en variant de manière contrôlée la taille des pores et leur fraction volumique et les confrontons aux modèles existants.

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Ceglia, Gaétane. "Élaboration et caractérisation de matériaux polymères poreux modèles à base d’émulsions contrôlées." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14462/document.

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Abstract:

Des mousses de polymères modèles sont élaborées à partir d’émulsions afin d’en étudier les propriétés. De telles mousses sont intéressantes dans des applications variées d’amortisseurs (sécurité passive), de filtres ou d’isolation. Les objectifs de cette étude sont de comprendre l’origine des propriétés mécaniques des mousses et d’identifier les paramètres structuraux les plus pertinents. Pour cela, la première étape consiste en la fabrication de mousses de morphologies contrôlées à partir d’émulsions monodisperses très concentrées. Par polymérisation de la phase continue des émulsions, des mousses solides modèles à taille de cellules contrôlées et de porosité ouverte sont obtenues. Ensuite la structure de ces matériaux poreux est analysée et comparée à celle des émulsions initiales. Enfin, ces mousses sont caractérisées mécaniquement en compression. Nous présentons les résultats obtenus en variant de manière contrôlée la taille des pores et leur fraction volumique et les confrontons aux modèles existants
Polymer foams are cellular materials commonly used for safety applications in many industrial sectors (aeronautic, passive safety, gears…). To even improve their performances, the link between their structural parameters (cell sizes, density...) and their mechanical behaviour should be better understood and modelled. A way of producing such foams is to polymerize the continuous phase of highly concentrated emulsions. The advantage of such an emulsion-based strategy is that it becomes possible to take advantage of the good control over emulsion parameters (drop size, dispersed phase volume fraction, continuous phase composition) to elaborate model foams with cells and pores having narrow size distributions. The production of model foams makes it possible to determine independently the influence of each parameter on the compression modulus and to compare the results with existing models

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Yemmas, Rachida. "Simulations numériques des matériaux granulaires." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20197.

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Ce travail est une contribution a l'etude et au perfectionnement des algorithmes de lmgc, logiciel de mecanique gerant le contact, dans sa version destinee a l'etude des materiaux granulaires, visant a une meilleure appreciation de la qualite des resultats fournis. Ce travail contient aussi des resultats de simulation numeriques de quelques phenomenes se produisant dans les materiaux granulaires. Le premier chapitre est consacre a une etude bibliographique. Dans le deuxieme chapitre on expose le probleme dynamique d'une collection de disques rigides en presence de contact et de frottement, ainsi que la methode de resolution numerique. Les lois de contact adoptees sont les conditions unilaterales de signorini, les lois de choc a coefficient de restitution, et la loi de frottement de coulomb. Au troisieme chapitre, on s'est interesse au comportement statistique d'une colonne de billes au-dessus d'un plan horizontal vibrant verticalement, pour differentes valeurs de l'amplitude, de la frequence, et du coefficient de restitution. Enfin dans le dernier chapitre un essai de compression biaxiale d'un materiau de schneebeli est simule numeriquement. On etudie le comportement global du materiau de schneebeli est simule numeriquement. On etudie le comportement global du materiau en relation avec les lois de contact intergranulaires. Des comparaisons avec d'autres programmes de calcul ou avec des experiences ont ete effectuees

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Abbas, Assef. "Proprietes et potentialites de valorisation de nouveaux alginates a haute viscosite." Aix-Marseille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX11015.

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Abstract:

L'utilisation des plans d'experiences, appliquee a la methode d'extraction des alginates basee sur leur solubilisation par le carbonate de sodium nous a permis d'obtenir une gamme d'alginates par la modelisation de trois facteurs : la temperature, la concentration en carbonate de sodium et la duree d'extraction. Des modifications apportees a cette methode, nous ont conduit a (1) augmenter le rendement d'extraction, (2) moduler le rapport m/g, (3) decupler la viscosite des solutions d'alginates a 1% a 20\c et reduire la coloration des alginates. Les proprietes de ces alginates a haute viscosite, stabilite aux variations de ph, variations de la viscosite en fonction de la temperature, force de gel de la retexturation d'une compote de fruit ont ete comparees a celles d'alginates et de polymeres utilises industriellement.

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Dupuy, Delphine. "Modélisation mathématique de l'extrusion bivis." Saint-Etienne, 2004. http://www.theses.fr/2004STET4001.

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Abstract:

Le problème de départ est la modélisation des phénomènes mécaniques qui interviennent au cours de l'extrusion d'un polymère. Le travail effectué au cours de cette thèse porte sur l'analyse mathématique des écoulements de fluide à l'intérieur de tubes fins ondulés. Le mouvement stationnaire d'un fluide newtonien incompressible est considéré. L'analyse asymptotique du problème permet de mettre en évidence le caractère périodique du phénomène et de construire un problème cellulaire permettant d'approcher la solution. En considérant les effets de couche limite, des estimations d'erreur sont montrées afin de justifier la solution asymptotique. La méthode numérique développée dans ce travail met en place la méthode de décomposition asymptotique partielle du domaine. Cette méthode consiste à écrire le problème variationnel initial sur un espace plus régulier, construit à partir du comportement asymptotique de la solution. Des estimations d'erreur permettent de justifier la solution partiellement décomposée comme approximation de la solution initiale. Ce schéma d'étude a été développé pour trois types d'écoulements : des mouvements régis par les équations de Stokes et de Navier-Stokes, puis la généralisation au cas d'un fluide micropolaire. Numériquement, la méthode de décomposition asymptotique partielle du domaine a permis de proposer une modélisation tri-dimensionnelle simplifiée de l'écoulement dans l'extrudeuse
We aim, in this work, to construct a numerical solution of a polymer flow through a twin screw extruder. This PhD is dedicated to the mathematical analysis of a fluid flow inside a wavy constricted channel which dimensions depend on a small parameter. The steady motion of a newtonian and incompressible fluid is considered. By the asymptotic analysis of the problem, the periodically behavior of the solution is shown and the cellular problem is detailled. Considering the boundary layer effects, some error estimates are evaluated in order to justify the construction of this asymptotic solution. The partial asymptotic decomposition of domain method is then developped. The main idea of this numerical method is to consider the initial variational problem on a simpler subspace. The subspace is structured according to the behavior of the asymptotic solution. The study of the error estimates justifies the construction of the partially decomposed solution as a good approximation for the initial solution. This analysis is developped for three different flows : flows governed by the Stokes, the Navier-Stokes equations and the more general case of a micropolar fluid. The partial asymptotic decomposition of domain method is then used to compute a numerical three dimensionnal solution for a simplified flow in the extruder

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Bénazet, Stéphane. "Apport de la modélisation moléculaire aux matériaux energétiques." Aix-Marseille 2, 2004. http://www.theses.fr/2004AIX22009.

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Logvinova, Kira. "Modèles mathématiques pour la diffusion en milieux poreux hétérogènes." Avignon, 2005. http://www.theses.fr/2005AVIG0501.

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Troadec, Hervé. "Texture locale et plasticité des matériaux granulaires." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20119.

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Garcia, David. "Contribution à l'élaboration de modèles pour l'optimisation du procédé d'injection de polymères." Saint-Etienne, 2002. http://www.theses.fr/2002STET4015.

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Abstract:

La recherche dans le domaine de la simulation du procédé d'injection de polymère est actuellement focalisée sur la conception de modèles tridimensionnels dont les perspectives sont : l'appréhension de la formation des zones de soudures, l'observation de l'effet fontaine,etc. Cependant, on observe qu'il existe peu, voire aucun modèle dédié à la conception des outillages à proprement dite. Suite à ce constat, ces 3 années ont été investies dans ce sens. Les problématiques qui ont été abordées sont au nombre de 2. La 1ère concerne l'optimisation du positionnement des points d'injection pour minimiser la pression d'injection nécessaire au remplissage d'une forme. La 2ème problématique concerne, quant à elle, la notion de propagation contrôlée où l'objectif est de contrôler la propagation du front de matière au cours de la phase de remplissage pour limiter l'apparition de défauts. L'objectif de ce travail sur le long terme est la réalisation de modèles d'aide à la conception des outillages
In the area of polymer injection, research is presently focused on 3D modelization. In particular, the appropriate simulation of 3D mould filling is crucial and opens large vistas : thorough understanding of welding areas ,"fountain effect" observation, etc. This research direction is attractive. Nevertheless, a state-of-the-art study shows that there is almost no model which copes with tools conception. The underlying question is the lack of specific mathematical models. We have developed such models for filling phase and we have covered two main needs. The first is the optimal placement of injection points in order to minimize final injection pressure ; it aims at the determination for a given shape, to the optimal injection positions. The second deals with the controlled propagation. The purpose of this approach is to control the polymer front propagation during the filling time in order to have the less possible defects. This document is a first investigative step for future Computer Assisted Tools Conception

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Smirnova, Julia. "Modélisation numérique et expérimentale de la cristallisation des polymères en injection." Paris, ENMP, 2006. http://www.theses.fr/2006ENMP1382.

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Abstract:

Le but de ce travail est de développer un modèle permettant de prévoir l'évolution de la cinétique globale ainsi que le développement de la morphologie complexe pendant le procédé d'injection. Le modèle est représenté par un système d'équations différentielles du premier ordre où les paramètres initiaux sont des fonctions de la température et du cisaillement. Il est résolu numériquement par la méthode de Runge et Kutta d'ordre 2. Les paramètres initiaux sont déduits directement de l'expérience ou ajustés en utilisant les méthodes inverses d'optimisation comme les algorithmes génétiques. Finalement, le modèle est implémenté dans le logiciel d'injection Rem3D®, qui permet de modéliser la cristallisation dans les conditions complexes des procédés industriels
The purpose of the present work is to develop a crystallization model which is able to predict overall crystallization kinetic and microstructure development in the injection moulding. The mathematical model is based on the Avrami's hypothesis and consists of a system of differential equations where the initial parameters are functions of the temperature and of the shear rate. The system is solved numerically by the Runge and Kutta method of order 2. The coefficients of the physical functions are determined directly from the experience or adjusted using Inverse Optimisation Methods as the Genetic Algorithm Method. The model is implemented in a fluid mechanics software, Rem3D®, that enables to predict the crystallization in the complex conditions of industrial processes

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Aleksy, Nicolas. "Etude du comportement mécanique des polymères en rayure." Saint-Etienne, EMSE, 2009. http://www.theses.fr/2009EMSE0020.

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Abstract:

Le travail porte sur l’établissement d’un modèle numérique d’un polymère amorphe dans l’état vitreux lors d’un essai mécanique de rayure de type labourage sphérique. Le modèle après validation a permis de simuler l’essai et a conduit à une interprétation renouvelée des phénomènes intervenant dans le processus. Après une partie bibliographique rappelant le phénomène de rayure des polymères solides amorphes, l’effet sur la recouvrance en rayure de différents types de rhéologies classiquement mises en œuvre est abordé. Le modèle élastique-viscoplastique d’Arruda-Boyce implémenté ne permet de prendre en compte que la sensibilité à la vitesse de sollicitation du seuil de plasticité. Il est montré que l’ajout de la viscoélasticité peut entraîner des modifications intéressantes sur les grandeurs caractéristiques de la rayure dans la gamme de transition viscoélastique des polymères. Les nano-rayures expérimentales réalisées sur des échantillons de PMMA confirment la sensibilité du comportement mécanique à la vitesse de rayure. Pour rendre compte des profondeurs de pénétration de l’indenteur mesurées à différentes vitesses de rayage, le modèle élastique-viscoplastique d’Arruda-Boyce n’apparaît pas suffisant. Un modèle viscoélastique-viscoplastique se présente alors comme une solution possible. L’existence d’un échauffement localisé sous l’indenteur est mis en évidence. Il engendre une modification du comportement du PMMA en rayure d’autant plus importante que la vitesse de rayage est élevée. Le phénomène de cicatrisation des polymères amorphes, consistant en un traitement thermique pour réduire les déformations résiduelles, peut alors être vu comme une recouvrance viscoélastique déclenchée par l’élévation de température et le durcissement hyperélastique de ces matériaux
The objective of the study is to develop a numerical model which describes the behaviour of amorphous glassy polymers submitted to a mechanical scratch test under ploughing and spherical conditions. After experimental validation, the model is used to simulate the scratch test conditions and clarify the interpretation of phenomena which occur during the mechanical process. First, a review of scratch tests applied to solid amorphous polymers is given and introduces the study and shows the sensitivity of the strain recovery to different classical stress/strain relations. It is shown that the elastic-viscoplastic model of Arruda and Boyce can account for the sensitivity of the yield stress to the strain rate only. However, when some viscoelastic behaviour is introduced, significant changes of the characteristic values of the scratch test can be obtained. Experimental nano-scratch tests carried out on PMMA (polymethylmetacrylate) samples confirm that this material may display time-dependent mechanical effect. The elastic-viscoplastic model of Arruda and Boyce is proved not to be sufficient to model the relationship between the scratching velocity and the experimental penetration depth. In that particular case, a viscoelastic-viscoplastic model seems to lead to a reliable solution. Finally, it is shown that an increase of the temperature can occur close to the tip in a scratch test. This thermal effect introduces some modifications of the behaviour of the PMMA in scratch test directly proportional to the scratch velocity. The healing phenomenon of the amorphous polymers, which is based on a heating of the sample in order to reduce the residual deformation, can be regarded as a viscoelastic thermally activated recovery and a hyperelastic hardening of the material

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Bourguignon, Elsa Sophie Odile. "Dessalement de matériaux poreux modèles par la méthode des compresses." Paris Est, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/49/43/21/PDF/EBourguignon_PhD_2009.pdf.

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Abstract:

En français : Les compresses, pâtes humides appliquées sur un matériau poreux pour éliminer les sels, sont utilisées pour conserver le patrimoine architectural. Les mécanismes de transport de l'eau et des ions lors du dessalement ont été étudiés pour améliorer son efficacité. La cristallisation de chlorure de sodium dans des échantillons poreux modèles (frittés de billes de verre) a été entreprise pour maîtriser le processus de salage artificiel. Des compresses de kaolin, cellulose, granulat et eau ont été caractérisées pour étudier la relation entre formulation et propriétés. Des expériences de dessalement ont finalement été menées. L'imagerie par résonance magnétique nucléaire a permis d'obtenir la distribution spatiale de l'eau dans les différents éléments de manière non destructive. L'efficacité du dessalement est liée au comportement au séchage des systèmes qui dépend en partie de la microstructure du matériau. Le séchage du matériau avant la compresse semble conduire à la meilleure efficacité
En anglais : Poultices, wet adhesive pastes applied to porous materials to draw out salts, are used in the in situ conservation of built heritage. This study aims to better understand the mechanisms of water and ion transport during desalination to improve its efficiency. Sodium chloride crystallization in laboratory-made model porous samples (sintered glass beads) was carried out to master the artificial salting process. Poultices made of kaolin, cellulose, aggregates, and water were characterized to investigate the relationship between their formulation and their properties. Finally, desalination experiments were conducted. Nuclear magnetic resonance imaging was used throughout the studies to obtain the spatial distribution of water in the different elements non-destructively. Desalination efficiency is related to the system drying behavior which, in turn, depends partly on the material microstructure. Drying of the material before the poultice seems to lead to greater desalination efficiency

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Samson, Éric. "Modélisation numérique du transport ionique dans les matériaux cimentaires non saturés." Doctoral thesis, Université Laval, 2005. http://hdl.handle.net/20.500.11794/18188.

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Trinh, Duy Khanh. "Méthodes d'homogénéisation d'ordre supérieur pour les matériaux architecturés." Paris, ENMP, 2011. https://pastel.hal.science/pastel-00677046.

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Abstract:

L'homogénéisation classique par un milieu de Cauchy a rencontré de nombreux succès dans l'étude des matériaux hétérogènes. Elle connaît toutefois des limites lorsque le chargement macroscopique appliqué varie sur des longueurs qui sont de l'ordre de la taille des hétérogénéités en présence. C'est notamment le cas en présence de forts gradients de sollicitation, par exemple lors de la flexion de matériau sandwich. L'objectif de l'homogénéisation par des milieux continus généralisés est de remédier à ces limitations et d'étendre la validité de l'approche continue au--delà de l'hypothèse stricte de séparation des échelles. Il y a eu beaucoup d'avancements pendant les 10 dernières années dans le même domaine de recherche. Les contributions développent essentiellement la modélisation multi-échelle des matériaux par le modèle du milieu de Cosserat (ou milieu micropolaire), du milieu du second-gradient, du milieu à couples de contraintes et récemment du milieu micromorphe. La modélisation multi-échelle est réalisée par plusieurs méthodes: soit avec la technique numérique de moyenne sur un VER, soit avec des méthodes de développements asymptotiques, soit par des méthodes plus empiriques. Ma contribution suit la technique d'utilisation des moyennes des champs locaux, avec l'intention de chercher une méthode pas trop lourde mais systématique pour modéliser les matériaux composites par un milieu continu généralisé. La motivation de cette méthode est sa bonne applicabilité à toute micro-structure, et aussi d'être applicable relativement simplement au comportement non--linéaire (comportement élasto-plastique)
Standard homogenization with Cauchy medium has got many successes in heterogeneous material study. However, it is limited when the characterised length of applied macroscopic loadings is at the same order of material's heterogeneities; in particular in case of grand gradient solicitation, for instance in sandwich bending case. The homogenization with generalized continua is then necessary to overcome these limits and extend the validation of homogenization approach out of strict scale separation condition. There are recently much progression in this domain; the contributions have developed mainly material multi-scale modelling by Cosserat (or micropolar) medium, by second gradient medium, by couple-stress medium and recently by micromorphic continuum. There is many methods for multi-scale modelling an heterogeneous material : computational average on RVE; asymptotic developement method or empirical methods. My contribution follows the local fields average technique, with the purpose of looking for a new method which is not so complicated but systematically enough for modelling composite material by generalized continuum media. Motivation of this method is its good applicability to any micro--structure, and also relatively simple to apply non-linear behavior (elasto-plastic behavior)

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Tchamba, Jean Claude. "Contribution à l'étude expérimentale du comportement des matériaux cimentaires au jeune âge : pression, rhéologie et perméabilité." Lorient, 2008. http://www.theses.fr/2008LORIS112.

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Abstract:

L’avènement des Bétons Autoplacants a apporté d’importantes évolutions dans le secteur du Bâtiment et des Travaux Publics, notamment l’apparition de coffrages complexes destinés à recevoir les volumes importants de béton. Cependant, les outils de caractérisations expérimentales encore empiriques n’ont pas connu le même essor et se cherchent encore. Le travail réalisé est une contribution expérimentale permettant de caractériser le comportement des matériaux à matrice cimentaire à l’état frais notamment les BAP. L’objectif est de suivre l’évolution des contraintes de structuration et des paramètres intrinsèques (particulièrement le seuil de cisaillement) de ces matériaux avant, pendant et après la mise en œuvre. Des expérimentations de pressions interstitielles couplées à de la rhéologie ont été effectuées sur des pâtes de ciment et des bétons à température constante (20°C). Les mélanges étudiés ont été fabriqués avec le même ciment. L’approche consiste entre autre à croiser les résultats obtenus à l’aide d’une colonne coffrante, d’un rhéomètre de laboratoire pour mieux cerner le comportement des matériaux testés. Une première campagne d’essais a permis de s’intéresser aux problèmes de reprises des contraintes de cisaillement aux parois à l’aide de trois dispositifs pour déterminer les contraintes de structuration. Un essai sur colonne permettant de mesurer la pression interstitielle et la pression verticale est réalisé. De plus, une étude portant sur les contraintes aux interfaces a été menée en s’appuyant sur l’évolution de la masse apparente d’une plaque immergée dans les matériaux étudiés. Enfin, des essais de mesure de retrait endogène ont été menés en parallèle avec les essais sur la colonne. Dans un second temps, un rhéomètre rotatif, à géométrie Vane couplé à des capteurs de pressions interstitielles a été développé pour décrire les caractéristiques rhéologiques de ces matériaux. Le but est de suivre l’évolution de l’aptitude à l’écoulement du matériau. Dans ce contexte, l’évaluation des paramètres intrinsèques selon le modèle de Bingham a été réalisée. Les résultats montrent l’influence des paramètres de la composition sur les propriétés rhéologiques. Enfin, du fait de notre interrogation sur l’évolution des propriétés de transfert lorsque le matériau frais est au repos, une campagne expérimentale visant à caractériser la perméabilité d’une pâte de ciment fraîche par le biais d’essai œdomètrique et de filtration est présentée. Nous mesurons ainsi précisément les tassements du matériau sous charge en conditions drainantes ainsi que l’évolution des perméabilités lors de la maturation d’une pâte de ciment
The advent of the Self Compacting Concretes brought important evolutions in the sectors of building behaviour of materials with cementing matrix in a fresh state in particular self compacting concrete. The objective is to follow the evolution of the constraints of structuring and the intrinsic parameters (particularly the threshold of shearing) of these materials, before, during and after the implementation. Experiments of pore water pressures coupled with rheology were carried out on pastes cement and concretes at constant temperature 20° C. The studied mixtures were manufactured with same cement. The approach among other things consists in crossing the results obtained using a casing column, of a rheometer of laboratory for better determining the behaviour of materials tested. A first trial run made it possible to be interested in the problems of recoveries of shear stresses the walls using three devices to determine the constraints of structuring. A test on the column making it possible to measure the pore water pressure and the vertical pressure is carried out. Moreover, one study relating to the constraints with the interfaces was undertaken while being based on the evolution of the apparent mass of a plate immersed in studied materials. Lastly, the dimensional checks of endogenous withdrawal were carried out in parallel with the tests on the column. In the second time, a rotary rheometer, with Vane geometry coupled to interstitial pressure pick-ups was developed to describe the rheological characteristics of these materials. The aim is to follow the evolution of the flow property of material. In this context, the evaluation of the intrinsic parameters according to the model of Bingham was carried out. The results show the influence of the parameters of the composition on the rheological properties. Lastly, because of our interrogation on the evolution of the properties of transfer when the fresh material is at rest, an experimental campaign aiming at characterizing the permeability of a cement paste fresh by device of test oedometric and filtration is presented. We thus precisely measure compressing of material under load in conditions draining as well as the evolution of the permeabilities during the maturation of a cement paste

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Arnault, Axel. "Simulation et optimisation de l'intégration de matériaux à changement de phase dans une zone thermique." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28549/28549.pdf.

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Mady, Franck. "Modélisation des phénomènes de transport et des effets de charge dans les matériaux isolants." Nantes, 2002. http://www.theses.fr/2002NANT2026.

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Abstract:

Les propriétés fondamentales des matériaux isolants ainsi que leurs performances technologiques sont fortement influencées par les charges électriques qu'ils ont accumulées en leur sein. Ces charges, qui apparaissent suite aux diverses contraintes subies par le solide engendrent en effet un champ électrique qui favorise le vieillissement et le claquage du matériau. L'éradication de ces effets préjudiciables passe par une bonne compréhension des mécanismes de charge. On propose ici une étude théorique du transport de porteurs de basse énergie (électrons ou trous) dans les isolants. Les interactions avec les phonons jouent dans ce domaine un rôle primordial, conduisant, selon l'intensité du couplage, à la création ou l'annihilation de phonons réels, ou encore à l'auto-localisation des porteurs. Ce travail permet de modéliser les deux expériences de base retenues pour l'étude des effets de charge : les méthodes de miroir électrostatique et de déclin de potentiel. S'agissant tout d'abord des expériences miroir, la simulation Monte-Carlo du bombardement d'une cible isolante avec un faisceau d'électrons de grande énergie conduit à un schéma réaliste pour la répartition des charges implantées. Elle permet ainsi d'avancer une méthode simple d'interprétation des données expérimentales. Une modélisation détaillée du transport des charges occupant le bas de la bande de conduction ou le haut de la bande de valence est ensuite présentée. Des processus de transport par bande et par sauts sont envisagés. Dans les deux cas, l'influence des défauts (pièges) est clairement précisée. Ce travail est mis à profit pour élaborer une description théorique des expériences de déclin de potentiel. Celle-ci permet de mettre en évidence l'influence des différents mécanismes de transport considérés sur les comportements expérimentaux observés
The fundamentals properties of insulating materials as well as their technological performances are strongly influenced by the electric charges they have stored. The charging-up of the insulator can be provoked by various stresses suffered by the sample. It is responsible for the appearance of an electric field which favours the aging and the breakdown of the material. The eradication of such undesirable effects requires a good understanding of the charging mechanisms

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Preechawuttipong, Itthichai. "Modélisation du comportement mécanique de matériaux granulaires cohésifs." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20033.

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Thieulot-Laure, Emmanuelle. "Méthode probabiliste unifiée pour la prédiction du risque de rupture en fatigue." Cachan, Ecole normale supérieure, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01199575v1.

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Abstract:

Une des sources principales dʹaléa en fatigue est la présence de défauts dans le matériau. Pour établir les spécifications sur la propreté inclusionnaire d’un matériau, il faut pouvoir lier la probabilité de présence des défauts par taille et le risque de rupture par fatigue des composants. Les travaux de Kitagawa et Takahashi permettent de distinguer deux domaines en termes de dimensions de défauts vis à vis du risque de rupture par fatigue : celui des petits défauts, dans lequel la limite dʹendurance est indépendante de la dimension des défauts et celui des grands défauts où la dimension des défauts est généralement prise en compte dans le cadre de la MLER. Lorsque les distributions de défauts couvrent les deux domaines, il faut disposer dʹun modèle probabiliste continu en termes de dimensions de défauts. Pour cela nous avons développé un critère de fatigue « unifié » en termes de dimension de défauts. Il sʹagit dʹun critère de non‐propagation (les défauts sont supposés pré‐exister dans la structure) construit à partir dʹune énergie élastique de cisaillement critique en pointe de fissure. Cette énergie est calculée à lʹaide des champs asymptotiques de la MLER étendus à lʹordre supérieur (contrainte T), pour être applicable aux défauts de petites dimensions. Le critère est continu en termes de dimension de défaut et faiblement dépendant de leur taille lorsqu’elle diminue. Représenter le défaut par une fissure, classe le critère proposé dans la catégorie des critères à plan critique. Et, à travers la contrainte T, le critère est sensible au caractère multiaxial du chargement et répond comme le critère de Dang Van pour les très petits défauts. Le caractère probabiliste du risque de rupture par fatigue est alors introduit naturellement dans ce critère via les distributions de dimensions de défauts, en appliquant lʹhypothèse du maillon faible. Mais l’aléa lié à l’interaction entre les défauts et la microstructure intervient également. La dernière partie de notre étude s’est donc centrée sur l’analyse de la fluctuation des contraintes d’origine microstructurale et son influence sur la distribution des contraintes seuils de non‐propagation des défauts. Cette fluctuation induit une dispersion notable du seuil de non‐propagation pour des micro‐fissures dont la dimension est proche d’une dizaine de grains, puis lʹeffet disparaît progressivement avec lʹaugmentation de la dimension du défaut
One of the main sources of randomness in fatigue is the presence of defects in the material. So as to establish specifications about the material cleanliness, i. E. The distribution of inclusion sizes, the relation between the defect size and the risk of failure should be established. The pioneering results of Kitagawa and Takahashi have established that two domains can be distinguished: when defects are small, the endurance limit does not vary with the defect size. Endurance models are therefore expressed within the framework of continuum mechanics. On the contrary, the size of large defects should be accounted for, which is usually done within the framwork of linear elastic fracture mechanics. When the distributions of defects are wide, an accurate prediction of the failure probability requires a unified fatigue criterion in terms of defects sizes. Therefore, a non‐propagation criterion was developed. It is based on a critical elastic distortional energy around the crack tip and includes higher order terms (Tstress) of LEFM asymptotic fields, so as to be applicable to smaller defects. This criterion responds like the Dang Van criterion for small defects and like a non‐propagation threshold stress intensity factor for large defects. The probably of failure is then determined using the weakest link theory from the statistic distribution of defects sizes. However, when defects are small, their non‐propagation threshold becomes sensitive to the local environment of the defect. Therefore, the last part of this thesis concerns the fluctuation of stresses within the microstructure and its effects on the non‐propagation threshold of defects. This “microstructural” fluctuation induces a dispersion of the non‐propagation threshold, when defects have a dimension below ten grains and then vanishes progressively with the inverse of the squareroot of the defect size, when this defect size increases

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Al, Jarbouh Ali. "Applications de la dérivation fractionnaire à la modélisation du comportement des matériaux viscoélastiques." Lyon 1, 1988. http://www.theses.fr/1988LYO10098.

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Mousseau, Pierre. "Analyse et modélisation des transferts thermiques en aval de la filière dans le procédé d'extrusion de profilés polymères." Nantes, 1998. http://www.theses.fr/1998NANT2130.

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Abstract:

L'étude est conduite en deux parties : la première concerne l'analyse d'un cas simplifié, un profilé de section transversale rectangulaire, et la deuxième traite un cas réel de production. Étant donné la complexité des phénomènes mis en jeu, l'étude d'un cas simple s'imposait. La phase de visualisation est une étape originale qui a permis de constater des phénomènes jusqu'alors inconnus ou pressentis. . .

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Mercier, Mathilde. "Étude expérimentale et modélisation d'un procédé d'élaboration par extrusion réactive de mélanges de polymères compatibilisés : caractérisation hydrodynamique du procédé : couplage des processus de plastification et de fonctionnement de polymères par greffage." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL092N.

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Abstract:

Ces travaux ont pour but un meilleur contrôle de procédés d'extrusion réactive, de greffage et de compatibilisation de polymères immiscibles. Or, un procédé d'extrusion réactive est le résultat de couplages complexes entre des processus physiques et chimiques. Cette étude s'intéresse au développement d'outils de caractérisation en 'ligne de ce type de procédés ainsi qu'aux interactions entre les différents processus impliqués. La première partie concerne la caractérisation des zones de fonctionnement d'une extrudeuse, et en particulier la zone de fusion. Différentes méthodes sont proposées pour déterminer la distribution des temps de séjour locaux, à travers la mise en place d'un système de détection en ligne, le principe de convolution et la modélisation de certaines zones de fonctionnement. Ces zones peuvent ainsi être caractérisées en terme de temps de séjour, d'écoulement et de macromélange. L'un des objectifs de ce travail est d'étudier le rôle de la fusion d'un polymère au cours d'un procédé réactif. Cette étude propose également une caractérisation en ligne de l'état de fusion du polymère. La deuxième partie est consacrée au contrôle d'une étape de greffage, et en particulier de la distribution des greffons. Un procédé de compatibilisation nécessite souvent une étape de fonctionnalisation par greffage. Les objectifs annoncés sont le contrôle de la distribution des greffons et l'amélioration d'une étape de compatibilisation ultérieure. Dans ce contexte, ce travail met en évidence l'influence des processus de fusion (ou de plastification) et de mélange des réactifs sur cette distribution des greffons. Les processus physiques étant indissociables de la cinétique de greffage, une modélisation globale du greffage est présentée. Enfin, à partir du contrôle de la distribution des greffons, une étude est menée pour améliorer la morphologie d'un mélange de polymères compatibilisés.

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Lecante, Pierre. "Modélisation de l'ordre local dans des solides amorphes : approche multi-méthodes par diffusion et spectroscopie d'absorption des rayons X, conception d'un logiciel de modélisation moléculaire, application en chimie inorganique et de coordination." Toulouse 3, 1990. http://www.theses.fr/1990TOU30179.

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Abstract:

La connaissance de l'organisation structurale des materiaux amorphes est une necessite pour la comprehension et l'amelioration de leurs proprietes chimiques et physiques. Deux techniques ont ete employees dans ce but: la diffusion des rayons x aux grands angles ou laxs (large angle x-ray scattering) et la spectroscopie d'absorption des rayons x ou exafs (extended x-ray absorption fine structure). La mise en oeuvre de ces techniques a ete facilitee par des progres methodologiques. Un spectrometre exafs de laboratoire fonctionnant en mode dispersif a egalement ete realise dans le cadre de ce travail. Un logiciel de modelisation moleculaire a ete developpe afin de remedier aux difficultes liees a l'etendue et a la complexite des structures etudiees. Ce logiciel permet: 1) la construction, le controle et la representation des modeles; 2) l'interconnexion des differentes techniques mises en uvre pour aboutir a une representation non ambigue de l'organisation locale. Un systeme complet d'etude structurale des composes amorphes denomme lasip (liquid and amorphous structure investigation package) a ainsi ete concu autour de ce logiciel lamm (liquid and amorphous molecular modelling). Cet ensemble de techniques experimentales et de methodes de calcul a ete applique a l'etude de differents materiaux en chimie inorganique et de coordination

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Bahloul, Mostefa. "Modélisation de l'évolution de phases liquides hétérogènes." Pau, 1990. http://www.theses.fr/1990PAUU3001.

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On propose dans ce travail une modélisation analytique de l'étude de l'évolution de phases fluides hétérogènes en milieu poreux. Cette étude présente deux parties : le modèle black-oil standard en ingénierie pétrolière, Qui prend en compte trois phases (eau, gaz, huile), la phase huile étant hétérogène, composé d'un constituant lourd et d'un constituant léger, volatil. Cas d'une solution aqueuse hétérogène, contenant divers constituants solubles, sans interaction chimique, dans le cas thermique; pour chaque constituant est fixe un seuil de dissolution. La modélisation mathématique est alors effectuée en utilisant la loi de conservation de masses pour chaque constituant, l'équation de conservation de l'énergie associées aux lois de comportement de Darcy-Muskat et de Fick. La démarche mathématique adoptée dans cette étude est de semi-discrétiser le système d'évolution par rapport au temps. On étudie l'existence, l'unicité, la stabilité numérique des schémas de semi-discrétisation proposés (en général implicite) en établissant des estimations à priori indépendantes du pas de discrétisation et conduisant à une formulation continue. On propose dans la deuxième partie un procédé itératif pour la résolution d'un système d'inéquations variationnelles quasi linéaire de type elliptique et une étude d'une méthode de pseudo-compressibilité qui permet de traiter une équation régularisée de masse globale.

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Pichavant-Berthou, Karine. "Contribution à la modélisation des ferrites non saturés en hyperfréquences." Brest, 1996. http://www.theses.fr/1996BRES2036.

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Abstract:

L'elaboration et la conception de dispositifs hyperfrequences non reciproques a base de materiaux magnetiques heterogenes (ferrites non satures, composites magnetiques), necessite la modelisation de leur tenseur permeabilite. Le travail que nous proposons se limite a la modelisation des ferrites non satures, par trois demarches differentes: ? la premiere approche complete le modele de schlomann en considerant une alternance de domaines d'aimantation antiparallele. L'etude se fait par l'utilisation de methodes modales en guide rectangulaire. Elle prend bien en compte les interactions entre domaines, mais les differentes orientations possibles pour l'aimantation des domaines ne peuvent pas etre integrees au calcul. ? la deuxieme approche inclut une sommation statistique sur l'ensemble des orientations possibles dans les domaines. La theorie est basee sur l'introduction d'un terme de couplage dans les equations d'evolution de landau et lifshitz ecrites pour deux domaines voisins, et prend en compte les interactions entre domaines. La forme integrale des elements du tenseur obtenus est causale et ne necessite aucun ajustement experimental, ce qui consistue un avantage important de la methode. ? la troisieme et derniere approche permet d'inclure directement le caractere heterogene du materiau partiellement aimante (donc subdivise en domaines de weiss) dans la modelisation. La methode utilisee est la methode des differences finies dans le domaine temporel (f. D. T. D. ). Nous l'appliquons ici aux ferrites non satures dans le but d'acquerir l'experience necessaire pour pouvoir l'etendre dans l'avenir a tout autre materiau heterogene en attribuant a chaque maille, grace a la discretisation spatiale, des caracteristiques differentes. A l'issue de cette etude, nous disposons donc d'un modele statistique des ferrites non satures. Pour atteindre l'objectif de modelisation d'autres materiaux heterogenes, il est necessaire de poursuivre l'utilisation de la fdtd en augmentant progressivement le caractere heterogene du materiau etudie

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Bouloré, Antoine. "Etude et modélisation de la densification en pile des oxydes nucléaires UO2 et MOX." Grenoble INPG, 2001. http://www.theses.fr/2001INPG4203.

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Abstract:

Durant l'irradiation en réacteurs à eau sous pression du combustible nucléaire UO2 ou (U, Pu)O2, plusieurs phénomènes physiques interviennent. L'un d'eux consiste en la disparition d'une partie de la porosité initiale sous l'effet de l'irradiation, cette densification pouvant atteindre jusqu'à 2,5%. D'après la littérature, l'amplitude de ce phénomène ainsi que sa cinétique, sont fortement liés à la microstructure initiale du combustible. C'est pourquoi des méthodes de caractérisation de la microstructure ont été développées à l'aide d'outils d'analyse d'images. Ces méthodes ont pour objectif de rendre les résultats obtenus sur différents types de combustibles comparables. Ces analyses ont permis entre autres de déterminer l'influence du taux de fission local et de la température sur le phénomène de densification. De plus, sous irradiation, on note une disparition importante de la porosité de diamètre inférieur à 3 µm. A l'aide de ces données, deux types de modélisation ont été mis en place. La première est semi-empirique, c'est-à-dire qu'elle s'appuie sur des résultats expérimentaux et n'a aucune valeur prédictive. En effet, l'amplitude maximale de densification doit être ajustée pour chaque type de combustible par une constante multiplicative impossible à déterminer a priori. Mais elle a été appliquée avec succès au recalcul d'une expérience de densification en pile menée dans le réacteur expérimental de Halden (Norvège). Le second modèle est mécaniste, c'est-à-dire basé sur l'écriture mathématique des phénomènes physiques intervenant dans le combustible sous l'effet de l'irradiation, dont les principaux sont l'interaction entre un fragment de fission et une porosité, et la création de paires de Frenkel sous l'effet du ralentissement des produits de fission. Ce modèle calcule les évolutions de populations de pores et a été appliqué avec succès sur un crayon caractérisé avant et après irradiation
Amongst the many phenomena which take place in the course of the irradiation of UO2 or (U, Pu)O2 nuclear fuels, one of them involves the elimination of a fraction of the as-fabricated porosity. In-pile densification or sintering can reach 2. 5%, i. E. Approximately half the initial volume of pores is likely to disappear. Our literature survey indicates that the amplitude and kinetics of the phenomenon are both heavily dependent on the initial fuel microstructure. Micro-structural characterisation techniques of oxide fuels have therefore been developed in conjunction with quantitative image analysis methods. The ensuing methodology enables a quantitative comparison of micro-structural features in different fuels and has been applied to ascertaining the influence of the local fission rate and temperature on in-pile densification. It is thus revealed that in-pile operation eliminates a significant fraction of pores smaller than 3 microns in diameter. The experimental data generated has been used to set up a semi-empirical and a mechanistic model. The former is based on experimental results and is not essentially predictive. The inability of this model to predict the in-pile densification of oxide fuels is illustrated by the fact that the maximum fraction of pores that disappears is proportional to an empirical function of fission rate, and temperature. The proportionality factor appears to be difficult to correlate quantitatively to any given micro-structural feature. The model has however been applied to the interpretation of an in-pile densification experiment carried out in the Halden reactor (Norway). The latter model is mechanistic, i. E. It is based on the solution to a set of equations that describe the coupled temperature and radiation induced phenomena which occur in-pile. These can broadly be broken down into three categories : the fission fragment-pore interaction, the creation of point defects as the fission fragments slow down, and the diffusion of these point defects to sinks. The model calculates the evolution of the pore size distribution and has successfully been applied to modelling the in-pile densification behaviour of a fuel pellet characterised before and after irradiation

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Fouassier, Patrick. "Modélisation électrique des composants magnétiques haute fréquence : prise en compte de la température et caractérisation des ferrites." Grenoble INPG, 1998. http://www.theses.fr/1998INPG0108.

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Abstract:

L'augmentation des fréquences de fonctionnement des convertisseurs statiques de l'Electronique de Puissance a rendu obligatoire une modélisation plus réaliste des composants magnétiques. Déduit uniquement de mesures extérieures au composant, le circuit électrique équivalent qui leur est associé comporte une vingtaine d'éléments discrets. Déterminé de façon systématique, grâce à une approche théorique et expérimentale rigoureuse, et rapide, grâce à l'utilisation de moyens informatiques adaptés, il permet de représenter l'ensemble des phénomènes physiques qui interviennent du continu jusqu'à une où deux décades au-delà de leur fréquence de travail. Une étude en température uniforme a montré que la possibilité de prédire le comportement électrique d'un transformateur à toute température, à partir de sa caractérisation à la température ambiante uniquement, était assurée pour les enroulements. Les données constructeur demeurent par contre insuffisantes pour quantifier correctement l'évolution du circuit magnétique. Les résistances du circuit équivalent, représentatives des pertes dans le composant, ont par ailleurs été validées par calorimétrie. Elles permettent ainsi d'estimer, avec une très bonne précision, les puissances dissipées pour une excitation et une charge données. En vue de répondre à l'absence de données complètes et réalistes de la part des fournisseurs de ferrites, une nouvelle méthode de caractérisation des matériaux magnétiques a été développée. Moyennant quelques précautions expérimentales, elle permet d'accéder, à toute fréquence et toute température uniforme, aux données perméabilité et permittivité complexes au moyen de relations analytiques simples. La méthode donne des grandeurs applicables à tout circuit magnétique, quelle que soit sa forme, et elle rend compte de tous les phénomènes physiques qui prennent naissance dans ie matériau lorsque la fréquence augmente, notamment du comportement capacitif que l'on observe dans les ferrites MnZn dès quelques dizaines de kHz. Cette méthode permet d'estimer les pertes fer jusqu'à environ 10 MHz
The increase of working frequencies in static converters used in power electronic applications requires a more realistic modeling of magnetic componems. The lumped équivalent electrical circuit assîgned to a comportent has about twenty éléments, derived by extemal impédance measurements only. This équivalent circuit, designed with a rigorous theoretical and expérimental approach, and quickly worked out using well ada^ted computer tools, enables ail the physical phenomena to be represented from DC to one or two décades beyond its operating frequency. A uniform température study has shown that the prédiction of the electric behavior of a transformer at any température, from its characterization at ambient température only, was possible for windings. On the other hand, suoplier data remain insufficient to correctly quantify the behavior of magnetic core. Moreover, résistances placed on the équivalent circuit to represent losses of the component hâve been validated by calorimetry. Thus, they allow dissipations to be determined with fine accuracy for a given source and load. To better characterize high frequency magnetic materials in the absence of complète and reliable data from ferrite manufacturers, a new origina! method has been developed. With this method requiring some expérimental précautions, simple analytical relations lead to the déduction of both complex permeability and complex permittivity at each frequency and uniform température. It also gives parameters applicable to any geometry of magnetic core and accounts for ail the physical phenomena occurring in the material when the frequency increases, notabiy the capacitive behavior that can be noticed in MnZn ferrites above tens of kHz. This method allows îron losses to be computed up to 10 MHz

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Sato-Gaillot, Elizabeth. "Modélisation physique et numérique de l'éjection de matériaux bouillants dans des structures fusibles : étude d'une approche simplifiée." Aix-Marseille 1, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX11006.

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Abstract:

Un modele physique et numerique de la propagation dans des structures fusibles d'un fluide initialement contenu dans une enceinte (source) sous pression est propose. L'interet de ce modele reside dans une resolution assez simplifiee, mais neanmoins performante du probleme complexe des ecoulements instationnaires discontinus. Il prend en compte: un fluide multiphase et multicomposant en ecoulement bidimensionnel, un milieu de propagation a geometrie variable, la compressibilite de la vapeur, le transfert de masse et d'energie entre le fluide et les structures environnantes, et des conditions limites a la source et a la frontiere entre le fluide et le milieu avoisinant. La resolution du probleme est effectuee en trois etapes. Dans un premier temps, le fluide qui sort de l'enceinte est considere comme etant un point (poche) de volume variable dans le temps. On etablit alors les bilans de masse, de quantite de mouvement et d'energie pour obtenir les vitesses globales aux limites et la vitesse globale moyenne de la poche de fluide. Ensuite, cette poche est decoupee en tubes de courant monodimensionnels fictifs qui relient une fraction de la breche (source) a une fraction de la surface du front de propagation, puis les vitesses a la breche et au front de chaque tube sont estimees. Finalement, ces vitesses aux limites sont reparties sur un champ bidimensionnel en fonction des sections de passage et des localisations angulaires des mailles, et de bilans de masse. Le modele propose est un outil performant pour predire le comportement dynamique d'un fluide multicomposant se propageant dans un assemblage combustible de reacteur nucleaire a neutrons rapides

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Dissertations / Theses on the topic 'Polymères – Matériaux – Modèles mathématiques'

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