Dissertations / Theses on the topic 'Spectroscopie non destructive'

L'objet de l'etude concerne la caracterisation des revetements superficiels par emission x sous bombardement electronique (sonde de castaing). La methode preconisee permet de determiner localement la composition elementaire des revetements et leur epaisseur, ceci de facon non destructive. Au cours de cette etude nous avons utilise un formalisme derive de la spectroscopie auger pour expliquer la linearite entre les signaux caracteristiques emis par le revetement et son epaisseur et nous avons discute les limites d'application de ce formalisme. Cette caracterisation necessite des temoins stratifies d'epaisseurs connues. La precision sur les epaisseurs, souvent limitee par la statistique de comptage peut etre meilleure que 5%. L'obtention d'images caracteristiaue de comptage peut etre meilleure que 5%. L'obtention d'images caracteristique par balayage de la sonde combinee a une interpretation basee sur le formalisme auger nous a permis de realiser et de quantifier une profilometrie non destructive des revetements superficiels. La technique des diagrammes de correlation "scatter diagram" appliquee pour la premiere fois a de tels revetements, permet d'avoir des cartographies specifiques non seulement des differentes phases chimiques composant l'echantillon mais aussi des cartographies specifiques de l'epaisseur de ces revetements. La gamme des epaisseurs analysables s'etend du domaine accessible aux techniques d'analyse des surfaces (i. E. Aes) soit 5 nm ou moins jusqu'a la fraction du micrometre avec une resolution laterale inferieure au micron

L’interaction hôte-pathogènes à l’origine de la maladie FCR de l’ananas représente un enjeu économique important pour l’île de La Réunion puisqu’elle affecte le cultivar ‘Queen Victoria’, qui y est particulièrement sensible. Pour se défaire de cette contrainte et proposer des fruits indemnes de la maladie FCR aux consommateurs locaux, régionaux et internationaux, une solution serait de détecter les ananas infectés naturellement par des approches non-destructives applicables en post-récolte. Les recherches menées au cours de cette thèse ont participé à une compréhension approfondie des modifications biochimiques et des mécanismes de défense développés par l’ananas en cas d’attaque par les agents pathogènes responsables de la maladie FCR. Les analyses métabolomiques (LC-MS et GC-MS) ont permis de confirmer les reconfigurations qui touchent certains métabolites au niveau de la zone d’infection (dérivés d’acides hydroxycinnamiques et hydroxybenzoïques), et de révéler l’implication d’autres métabolites dont les teneurs sont localement modifiées dans les tissus internes et externes de l’ananas (oses, acides aminés). Par ailleurs, ces travaux ont surtout mis en évidence le déploiement d’une réponse systémique au sein de l’ananas, à travers des variations métaboliques touchant à la fois les fruits simples infectés et asymptomatiques (AABA, pipecolate, proline). Les approches spectroscopiques (FFFS et Vis-NIRS) ont permis d’établir qu’une réponse à l’infection est effectivement décelable par ces techniques, grâce à des différences de signatures spectrales entre les ananas infectés et sains. La FFFS a conduit à la discrimination d’échantillons d’ananas sur la base de leurs différences de composition enfluorophores. Les spectres acquis en Vis-NIR sur la peau d’ananas entiers ont également permis de classer les fruits simples sains et infectés, et dans une moindre mesure les fruits simples asymptomatiques. De plus, une corrélation a été établie entre la sévérité de l’infection et le spectre recueilli, montrant que la réponse systémique liée à la maladie FCR est détectableextérieurement. Par ailleurs, une méthode de fusion de données a révélé l’avantage de classerdes échantillons d’ananas sains et infectés en combinant différentes techniques analytiques. Les modèles ont été optimisés en utilisant les données de LC-MS et FFFS pour discriminer leséchantillons de pulpe, tandis que les données de Vis-NIRS suffisent pour classer au mieux leséchantillons de peau. En conclusion, les approches conjointes de métabolomique et de spectroscopie révèlent la complexité des réponses biochimiques qui se produisent lors de l’infection FCR, et démontrent ainsi l’intérêt de poursuivre les recherches afin d’exploiter le potentiel des techniques non-destructives dans la détection de maladie et les rendre accessible aux acteurs des filières agro-industrielles<br>The host-pathogen interaction responsible for pineapple FCR disease represents an important economic issue for Reunion Island since it affects the cultivar 'Queen Victoria', which is particularly susceptible. To overcome this limitation and offer FCR disease-free pineapples to local, regional and international consumers, one solution would be to detect naturally infected pineapples by non-destructive approaches applicable in post-harvest. The research conducted during this thesis contributed to a thorough understanding of the biochemical changes and defense mechanisms developed by pineapples when attacked by the pathogens causing FCR infection.Metabolomics (LC-MS and GC-MS) confirmed the reconfigurations affecting some metabolites at the site of infection (hydroxycinnamic and hydroxybenzoic acid derivatives), and revealed the involvement of other metabolites whose contents are locally altered in the internal and external tissues of the pineapple (oses, amino acids). Furthermore, this work has highlighted the establishment of a systemic response within pineapples, through metabolic variations affecting both infected and asymptomatic fruitlets (AABA, pipecolate, proline). Spectroscopic approaches (FFFS and Vis-NIRS) demonstrated that a response to the fungal infection is indeed detectable by these techniques through differences in spectral signatures between infected and healthy pineapples. FFFS enabled the discrimination of fruit samples based on their differences in fluorophore content. Vis-NIR spectra acquired on intact pineapple skin also allowed classifying healthy and infected fruitlets, and to a lesser extent asymptomatic ones. Moreover, a correlation was noticed between the severity of infection and the spectrum collected, indicating that the systemic response related to FCR disease is externally detectable. Furthermore, a data fusion method revealed the advantage of classifying healthy and infected pineapple samples by combining different analytical techniques. Models were optimized using LC-MS and FFFS datasets to discriminate pulp samples, while Vis-NIRS dataset was sufficient to best classify skin samples. To conclude, the joint metabolomics and spectroscopy approaches reveal the complexity of the biochemical responses that occur during FCR infection, and thereby demonstrate the interest of pursuing further research to exploit the full potential of nondestructive techniques in disease detection and to make them accessible to agro-industrial actors

Afin d'améliorer la compréhension de la corrosion atmosphérique des bronzes, nous avons mis en oeuvre : - La caractérisation des composés d'étain, susceptibles d'être formés en corrosion atmosphérique, par une approche multi-analytique, la spectroscopie Mössbauer joue un rôle central (analyse sélective et quantitative). Les paramètres hyperfins et les facteurs Lamb-Mössbauer de plusieurs oxydes, sulfates et chlorures d'étain ont été déterminés. Les facteurs f sont dispersés et dépendants de température, montrant la nécessité de l'analyse à basse température. - Le développement d'un détecteur CEMS associant basse température et analyse non-destructive de surface : le dispositif a été mis en point entre 41 et 300 K. Les principaux paramètres affectant ses performances ont été étudiés et optimisés. - La réalisation d'une campagne d'exposition de 2 ans en site urbain de CuSn9, CuSn3Zn9, CuZn33 et leurs métaux purs. Les vitesses de corrosion ont été déterminées ainsi que les quantités de métaux entraînés par les eaux de pluie du fait de la solubilisation des produits de corrosion<br>The aim of this work is to improve our understanding of the atmospheric corrosion of bronzes. This work focuses on three axes: - The characterization of tin compounds expected in atmospheric corrosion. The Mössbauer spectroscopy which has been the main tool in our multianalytical approach, allows selective and quantitative analysis. The Mössbauer parameters and f-factors have been determined for many tin oxides, chlorides and sulfates. The f-factors are different from a compound to another and highly T-dependent which justify low temperature Mössbauer measurements. - The development of a low temperature CEMS detector to permit low temperature and non-destructive surface analysis. The detector operation has been optimized for various gases between 41 and 300 K. - The 2-years outdoor exposure in an urban site including CuSn9, CuSn3Zn9 bronzes, CuZn33 brass and pure metals. The corrosion and runoff rates have been investigated as well as the role of alloying elements in corrosion process

Afin d'améliorer la compréhension de la corrosion atmosphérique des bronzes, nous avons mis en oeuvre : - La caractérisation des composés d'étain, susceptibles d'être formés en corrosion atmosphérique, par une approche multi-analytique, la spectroscopie Mössbauer joue un rôle central (analyse sélective et quantitative). Les paramètres hyperfins et les facteurs Lamb-Mössbauer de plusieurs oxydes, sulfates et chlorures d'étain ont été déterminés. Les facteurs f sont dispersés et dépendants de température, montrant la nécessité de l'analyse à basse température. - Le développement d'un détecteur CEMS associant basse température et analyse non-destructive de surface : le dispositif a été mis en point entre 41 et 300 K. Les principaux paramètres affectant ses performances ont été étudiés et optimisés. - La réalisation d'une campagne d'exposition de 2 ans en site urbain de CuSn9, CuSn3Zn9, CuZn33 et leurs métaux purs. Les vitesses de corrosion ont été déterminées ainsi que les quantités de métaux entraînés par les eaux de pluie du fait de la solubilisation des produits de corrosion.

Les câbles électriques sont présents dans de nombreux produits et systèmes où ils sont utilisés pour transmettre des données ou transporter de l'énergie. Ces liaisons sont la plupart du temps installées pour des durées d'exploitation longues au cours desquelles elles doivent subir l'usure du temps, ainsi que celle résultant d'un environnement parfois agressif. Alors que les câbles électriques assurent des fonctions essentielles et dans certains cas critiques, ils sont aussi sujets à des défaillances qui découlent des contraintes qu'ils endurent. Ceci explique la nécessité de surveiller leur état, afin de détecter au plus tôt les défauts naissants et d'intervenir avant qu'ils ne dégénèrent en dommages dont les conséquences peuvent être préjudiciable et économiquement lourdes. L'entreprise EDF est particulièrement concernée par cette problématique dans la mesure ou elle exploite des longueurs considérables de câbles pour le transport et la distribution d'électricité sur tout le territoire bien sûr, mais aussi au sein des centrales qui produisent l'électricité, pour alimenter les différents organes, et acheminer commandes et mesures. L'entreprise, attentive à ce que ces câbles soient en bon état de fonctionnement mène plusieurs travaux, d'une part pour étudier leur vieillissement et modes de dégradation, et d'autre part pour développer des méthodes et outils pour la surveillance et le diagnostic de ces composants essentiels. Le projet EDF CAIMAN (Cable AgIng MANagement) commandé par le SEPTEN (Service Etudes et Projets Thermiques Et Nucléaires) traite de ces questions, et les travaux présentés dans cette thèse ont été conduits dans ce cadre et sont le fruit d'une collaboration avec Inria (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique). Partant du constat que les méthodes de diagnostic de câbles existantes à l'heure actuelle ne donnent pas pleine satisfaction, nous nous sommes donné pour objectif de développer des outils nouveaux. En effet, les techniques actuelles reposent sur différents moyens dont des tests destructifs, des prélèvements pour analyse en laboratoire, et des mesures sur site mais qui ne permettent pas de diagnostiquer certains défauts. Parmi les techniques non destructives, la réflectométrie, dont le principe est d'injecter un signal électrique à une extrémité du câble et d'analyser les échos, souffre aussi de certaines de ces limitations. En particulier, les défauts non-francs restent encore difficiles à détecter. Toutefois les travaux qui se multiplient autour de cette technique tentent d'en améliorer les performances, et certains obtiennent des résultats prometteurs. Les chercheurs de l'Inria qui travaillent sur le sujet ont développé des algorithmes pour exploiter des mesures de réflectométrie. En résolvant un problème inverse, les paramètres d'un modèle de câble sont estimés et servent alors d'indicateurs de l'état de dégradation du câble testé. L'objectif de cette thèse est d'étendre ces méthodes pour répondre aux besoins spécifiques d'EDF. Un des principaux défis auquel nous avons apporté une solution est la prise en compte des pertes ohmiques dans la résolution du problème inverse. Plus spécifiquement, notre contribution principale est une méthode d'estimation du profil de résistance linéique d'un câble. Cette estimation permet de révéler les défauts résistifs qui produisent souvent des réflexions faibles dans les réflectogrammes habituels. Une seconde contribution vise à améliorer la qualité des données utilisées par cette méthode d'estimation. Ainsi, nous proposons un pré-traitement des mesures dont le but est de gommer l'effet de la désadaptation des instruments aux câbles ou celui des connecteurs. Ces travaux apportent de nouveaux outils pour l'exploitation des mesures de réflectométrie et des solutions pour le diagnostic de certains défauts encore difficiles à détecter aujourd'hui<br>Electric cables are ubiquitous in many devices and systems where they are used for data or power transmission. These connection links are most often installed for long periods of operation during which they are subject to aging and sometimes exposed to harsh environments. While electric cables fulfill important and sometimes even critical functions, they might fail due to the hard constraints they have to endure. This motivates the need for monitoring tools, in order to detect early faults and to intervene as soon as possible, before they mutate into heavier damage whose consequences can be detrimental and expensive. EDF company is very affected by this problematic insofar as it operates significant lengths of cables for energy distribution, but also in power plant for power supply of the diverse apparatus, to route data and to transmit measurement. The company has been leading several studies regarding cable aging, cable faults, and wire diagnosis methods. The CAIMAN project (Cable AgIng MANagement), sponsored by the Engineering Department of Nuclear and Thermal Projects (SEPTEN), deals with these questions. The work presented in this dissertation were led in this context and results from a collaboration with Inria (French National Institute for Research in Applied Mathematics and Computer Sciences). Starting from the observation that existing cable diagnosis methods do not offer full satisfaction, we targeted the goal of developping new tools to improve the state of the art. Existing techniques rely on a range of tests, some of which are destructive or involve in-lab investigations, but these still cannot detect some kind of faults. Among major techniques, reflectometry has the most promising results. This technique consists in the same principle as a radar. One sends a wave down a cable from one end. Then the reflected signal is analysed searching for signs of faults. Yet, this method also suffers some limitations and soft faults remain hard to detect. Researchers and industries multiply the investigations in the domain of reflectometry-based techniques, and some get interesting results. Scientists from Inria developped algorithms for cable parameter estimation from reflectometry measurements, following an inverse-problem approach. The goal of our work was to extend these methods to meet the specific needs of EDF. One of the main challenges we coped with was to take into account electric losses in the resolution of the inverse problem. Our main contribution is a method to estimate the per unit length resistance profile of a cable. This estimation reveals resistive faults that most often only produce weak reflections in reflectometry measurements. Other contributions concerns the improvement of the method based on pre-processing of the data whose role is to erase the effect of impedance mismatches. This work breaks new grounds in the domain of reflectometry-based wire diagnosis techniques

Cette thèse porte sur la caractérisation non destructive de structures 2D magnéto-diélectriques inhomogènes complexes. L’ensemble des étapes allant de l’expérience au traitement du problème inverse est traité. Dans un premier temps, un modèle direct reliant le champ diffusé aux propriétés électromagnétiques du matériau a été mis en place. Ce modèle requiert des calculs par éléments finis de la propagation de l’onde électromagnétique, en présence de l’objet observé lorsque celui-ci est positionné sur un support métallique. Une validation expérimentale a été réalisée via la mise en place d'un banc de mesure multi statique. Différentes étapes d'ajustements et d'étalonnages ont permis la réduction du bruit de mesure ainsi que des biais. L’inversion est traitée principalement par une approche linéaire, avec un choix attentif de la valeur des hyper paramètres qui y sont associés. Une fois les outils mis en place, six études ont été réalisées pour la validation de notre système d’imagerie 2D des propriétés électromagnétiques de matériaux magnéto-diélectriques inhomogènes. Cela comprend l’évaluation des incertitudes de mesure, de la résolution spatiale, la mesure de différents matériaux magnétiques et l’utilisation de différents supports à géométries variées. L’ensemble des résultats expérimentaux réalisés se place dans une hypothèse de géométrie 2D. C’est pourquoi, nous avons ensuite orienté nos travaux vers la recherche d’un design innovant permettant de faire évoluer le banc de mesure en un dispositif d’imagerie 3D. Dans cette perspective, une source secondaire vient se déplacer proche de la cible pour acquérir de l’information selon la troisième dimension<br>The subject of this thesis is the non-destructive characterization of complex inhomogeneous magneto-dielectric structures. Successively, the experimental developments, the modelling and the data treatments stages are addressed. A forward model that links the scattered field to the electromagnetic properties is established. This model requires some finite element computations in order to estimate the propagation of the electromagnetic wave in presence of the magneto-dielectric object which is glued on a metallic support. A multistatic bench has been designed and constructed in order to collect measured scattered fields. Several adjustments and calibration procedures have been carried out to reduce the measurement noise and biases. Next, the inverse problem has been dealt with, in order to retrieve the electromagnetic properties of the samples, from the measured scattered field. The inverse problem is mainly solved with a linear approach, with a careful selection of the hyperparameters. Once the system has been fine tuned, six studies have been realized to validate our 2D imaging system. The assessment of the measurement uncertainty, the evaluation of the spatial resolution, the characterization of various magnetics materials and the use of different supports with variable geometries have been performed. So far, all the developments were done under a 2D hypothesis. That is why, we have then focused our research on the design of a 3D innovative imaging setup. To this end, a secondary source moving close to the target has been added in order to gain information in the third direction. A numerical study has been performed to assess the expected performances of this new setup

The aim of this project was to explore the potential applications of impedance spectroscopy (IS) in the non-destructive characterisation of structural ceramics. A major advantage in the use of the IS technique is its capability in distinguishing the properties of different microstructural origins in materials, e.g., grains and grain boundaries, etc. In this thesis, a review of the theoretical aspects of IS is presented. An analytical approach and numerical analyses are conducted to illustrate how impedance spectra become resolved and why the spectral resolution is dependent on the representation formalism as well as on the difference between the electrical properties of different microstructural features. Three categories of structural ceramics, i. e. A1203/SiC nanocomposites, thermal barrier coatings and clay-based ceramics, were used as the model materials for this IS study. Both sintering and degradation phenomenon have been examined. Conventional analytical techniques, such as SEM, XRD, EDS, TGA and dilatometry, were used to aid in the understanding of IS and to prove the reliability of impedance measurements. The research results indicate: * For A1203/SiC nanocomposites, IS can be used to examine the conducting mechanisms for the materials containing different quantities of SiC particles. The content of SiC can be correlated to the impedance spectral features and dielectric constant of the material. The oxidation scale formed at the surface gives a separate relaxation process. Based on the capacitive effect of this relaxation process, the thickness can be determined non-destructively using IS. * For thermal barrier coatings, three relaxation processes can be found in the impedance spectra, which correspond to the top coating, oxidation layer and microstructural defects in the top coating, respectively. The thickness of the oxidation layer can be quantitatively related to the diameter of the corresponding semicircle in electrical modulus spectrum. In the meantime, the top coating degradation could also be monitored using IS. * For clay-based ceramics, the impedance spectra consist of a high frequency semicircle and a low frequency tail, which correspond to bulk effect and electrode effect, respectively. The variation of the bulk conductivity with sintering time can be quantitatively correlated to the densification of the material during sintering. The electrode effect tail is directly related to the capacitive effect of the electrode/specimen interface, which could be an effective indicator of the electrode temperature. Therefore IS is a useful technique for non-destructive characterisation of structural ceramics.

There is a need for an accurate real-time quantitative system that would enhance decision-making in the treatment of osteoarthritis. To achieve this objective, significant research is required that will enable articular cartilage properties to be measured and categorized for health and functionality without the need for laboratory tests involving biopsies for pathological evaluation. Such a system would provide the capability of access to the internal condition of the cartilage matrix and thus extend the vision-based arthroscopy that is currently used beyond the subjective evaluation of surgeons. The system required must be able to non-destructively probe the entire thickness of the cartilage and its immediate subchondral bone layer. In this thesis, near infrared spectroscopy is investigated for the purpose mentioned above. The aim is to relate it to the structure and load bearing properties of the cartilage matrix to the near infrared absorption spectrum and establish functional relationships that will provide objective, quantitative and repeatable categorization of cartilage condition outside the area of visible degradation in a joint. Based on results from traditional mechanical testing, their innovative interpretation and relationship with spectroscopic data, new parameters were developed. These were then evaluated for their consistency in discriminating between healthy viable and degraded cartilage. The mechanical and physico-chemical properties were related to specific regions of the near infrared absorption spectrum that were identified as part of the research conducted for this thesis. The relationships between the tissue's near infrared spectral response and the new parameters were modeled using multivariate statistical techniques based on partial least squares regression (PLSR). With significantly high levels of statistical correlation, the modeled relationships were demonstrated to possess considerable potential in predicting the properties of unknown tissue samples in a quick and non-destructive manner. In order to adapt near infrared spectroscopy for clinical applications, a balance between probe diameter and the number of active transmit-receive optic fibres must be optimized. This was achieved in the course of this research, resulting in an optimal probe configuration that could be adapted for joint tissue evaluation. Furthermore, as a proof-of-concept, a protocol for obtaining the new parameters from the near infrared absorption spectra of cartilage was developed and implemented in a graphical user interface (GUI)-based software, and used to assess cartilage-on-bone samples in vitro. This conceptual implementation has been demonstrated, in part by the individual parametric relationship with the near infrared absorption spectrum, the capacity of the proposed system to facilitate real-time, non-destructive evaluation of cartilage matrix integrity. In summary, the potential of the optical near infrared spectroscopy for evaluating articular cartilage and bone laminate has been demonstrated in this thesis. The approach could have a spin-off for other soft tissues and organs of the body. It builds on the earlier work of the group at QUT, enhancing the near infrared component of the ongoing research on developing a tool for cartilage evaluation that goes beyond visual and subjective methods.

<p>The use of near infrared (NIR) spectroscopy for predicting levels of degradation in laboratory soil block tests was investigated. Calibrations were developed for mass loss, compression strength, and exposure period using data measured from the prior methods, and untreated and mathematically treated (multiplicative scatter correction and first and second derivative) NIR spectra from various spans of wavelengths by partial least squares regression. Strong correlations were obtained from each study conducted, while calibrations developed from NIR spectra from the cross-sectional face of southern yellow pine presented the strongest predictions. Of them, calibrations for mass loss resulted in the strongest predictions. Calibrations constructed from spectra obtained from the radial face of southern yellow pine also produced strong predictions, where the strongest model was for exposure period. While, calibrations developed for cottonwood presented the weakest statistics, the strongest calibration found was for exposure period.</p>

Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle technique expérimentale permettant la mesure spatio-temporelle du taux de dissipation à l'interface (paroi, surface libre, …) d'un écoulement. Cette technique, connue sous le nom anglais de Diffusing-Wave Spectroscopy (DWS), repose sur l'approximation de diffusion pour décrire la diffusion multiple de la lumière dans le fluide et consiste en l'analyse des fluctuations temporelles de l'intensité diffusée. Cette technique a pour principal intérêt de n'être sensible qu'à la norme du tenseur des taux de déformation, autrement dit aux gradients de vitesse, et pas au champ de vitesse en lui-même. De plus, elle permet de sonder ces différences spatiales de vitesse sur une distance égale au libre parcours moyen de transport, qui est typiquement de l'ordre de quelques dizaines de microns. Initialement développée à la fin des années 1980 pour l'étude des suspensions colloïdales, elle fut ensuite utilisée, à deux reprises seulement, pour obtenir le taux de dissipation moyen (ou local) à l'interface dans des écoulements stationnaires. Nous démontrons ici la possibilité d'une mesure résolue à la fois spatialement et temporellement, grâce à l'utilisation d'une caméra haute vitesse, permettant ainsi l'étude d'écoulements instationnaires et turbulents. Pour cela, nous discutons du choix des conditions aux limites de l'équation de diffusion pour une bonne interprétation des données, et de la pondération du taux de dissipation s'il est inhomogène. Le cas d'un taux de dissipation instationnaire est également décrit, démontrant la possibilité d'une mesure résolue temporellement si le temps caractéristique des fluctuations est plus long que le temps de convergence des fonctions d'autocorrélation. Ces considérations sont validées expérimentalement sur l'écoulement de Taylor-Couette : dans le régime de Couette (dissipation homogène stationnaire), des rouleaux de Taylor (dissipation inhomogène stationnaire) et enfin des rouleaux oscillants (dissipation inhomogène instationnaire). Par ailleurs, nous suggérons l'utilisation conjointe d'une mesure de réflectance spatialement résolue pour contrôler en temps réel le libre parcours moyen de transport. Ceci nous permet in fine de présenter de premières mesures dans un écoulement à très haut Reynolds (10^5 environ), qui viennent illustrer le potentiel de la DWS pour la mesure de la valeur moyenne et des fluctuations spatio-temporelles du taux de dissipation à l'interface des écoulements turbulents<br>In this thesis, we present a new experimental technique for the spatiotemporal measurement of the dissipation rate at a flow interface (wall, free surface, etc.). This technique, known as Diffusing-Wave Spectroscopy (DWS), relies on the diffusion approximation to describe multiple light scattering in the fluid, and consists in analyzing temporal fluctuations in the scattered intensity. The main advantage of this technique is that it is sensitive only to the norm of the strain rate tensor, i.e. to velocity gradients, and not to the velocity field itself. Moreover, it can probe these spatial differences in velocity over a distance equal to the transport mean free path, which is typically of the order of a few tens of microns. Initially developed in the late 1980s for the study of colloidal suspensions, it was subsequently used, on only two occasions, to obtain the mean (or local) boundary dissipation rate in steady flows. Here, we demonstrate the possibility of a spatially and temporally resolved measurement using a high-speed camera, allowing for the study of unsteady and turbulent flows. To this end, we discuss both the choice of boundary conditions for the diffusion equation to ensure correct interpretation of the data, and the weighting of the dissipation rate if it is inhomogeneous. The case of an unsteady dissipation rate is also described, demonstrating the possibility of a time-resolved measurement if the characteristic time of the fluctuations is longer than the convergence time of the autocorrelation functions. These considerations are validated experimentally on a Taylor-Couette flow: in the Couette flow (homogeneous stationary dissipation), the Taylor vortex flow (inhomogeneous stationary dissipation) and finally the wavy vortex flow (inhomogeneous unsteady dissipation). In addition, we suggest the joint use of spatially resolved reflectance measurement to monitor the transport mean free path in real time. This allows us to present preliminary measurements in a very high Reynolds number flow (around 10^5), illustrating the potential of DWS for measuring the mean value and spatiotemporal fluctuations of the boundary dissipation rate in turbulent flows

Experiments were conducted to assess the feasibility of determining the quality attributes of tomato (Lycopersicon esculentum Mill cv 'DRK 453' and 'Trust') based upon visible/near-infrared reflectance (VIS/NIR) spectroscopy. A partial least squares regression (PLS) method was used to build prediction models. Excellent prediction performance was achieved for lycopene content (LC), colour value a*/b* ratio, tomato colour index (TCI), and firmness. Coefficient of determination (R2) for each of the parameters was respectively 0.96, 0.99, 0.99, and 0.97. All these R2 were significant at 1% level. The root mean square errors of prediction (RMSEP) for all the parameters were low indicating the high quality of the fit of the prediction models. The values were 2.15, 0.06, 1.52, and 1.44 for LC, a*/b* ratio, TCI, and firmness, respectively. However, the models for prediction of titratable acidity, soluble solids content (SSC) and acid-Brix ratio showed relatively poor reliability, with R2 value of 0.49, 0.03 and 0.65, and RMSEP of 0.43, 0.15 and 0.08, respectively. Further, a model built by the PLS2 method showed good performance in simultaneously predicting a*/b* ratio, TCI, firmness, and LC of tomato, with R2 values of 0.99, 0.99, 0.97, and 0.92, and RMSEP of 0.06, 1.75, 1.44, and 3.03, respectively. Once again here all the R2 values were significant at 1% level.<br>Des essais visant à évaluer la faisabilité d'utiliser la spectroscopie de réflectance dans le visible et le proche infrarouge (VIS/PIR) pour déterminer certaines caractéristiques contribuant à la qualité de la tomate (Lycopersicon esculentum Mill. cv. 'DRK 453' et 'Trust') ont été menés. Une analyse de régression partielle par les moindres carrés a servi à bâtir des modèles de prédiction. D'excellentes prédictions ont été obtenues pour la teneur en lycopène (TL), la valeur chromatique a*/b*, l'indice de couleur de la tomate (ICT), et la fermeté. Les coefficients de détermination (R2) pour chacun de ces paramètres ont été de 0.96, 0.99, 0.99 et 0.97. Tous ces R2 ont été significatifs à un niveau de 1%. L'erreur-type de prédiction (ETP) a été petite pour tous ces paramètres, indiquant un très bon degré d'ajustement des modèles. Des valeurs d'ETP de 2.15, 0.06, 1.52 et 1.44 ont respectivement été obtenues pour le TL, le rapport a*/b*, l'ICT, et la fermeté. Cependant, les modèles visant à prédire l'acidité totale, la teneur en solides solubles et le rapport acide-Brix se sont montrés peu fiables avec des valeurs respectives de R2 de 0.49, 0.03 et 0.65 et de ETP de 0.43, 0.15 et 0.08. De plus, un modèle multivariable bâti par une méthode de régression partielle par des moindres carrés (PLS2) s'est montrée très performant pour la prédiction simultanée du rapport a*/b*, de l'ICT, de la fermeté et de la TL avec des valeurs respectives de R2 de 0.99, 0.99, 0.97 et 0.92 et de ETP de 0.06, 1.75, 1.44 et 3.03. Comme auparavant toutes les valeurs de R2 ont été significatives à un niveau de 1%.

The weathering of plastics and composites is a problem because of the loss of both physical and mechanical properties that it causes in these materials. But this weathering effect has been difficult, and in some cases, impossible to characterize without the destruction of the plastic or composite part. Clearly a rapid, reliable, and non-destructive test for the extent of the weathering damage is critically needed. A recent problem that arose at Superyacht Solutions, a boat repair company in Australia, required a solution to just this problem. Such a test was developed for Superyacht Solutions, and is being applied across a wide range of plastic materials. The chemical foundation upon which this solution rests is also being confirmed. The Superyacht Solutions problem was that a boat was brought in for repair which was yellowing dramatically. Surface erosion was confirmed by scanning electron microscope (SEM) surface studies. A loss of mechanical properties was also suspected. A new spectroscopic method of analysis was developed that not only identified the problem as extensive oxidation, but was able to quantify the extent of damage that occurred through a non-destructive technique. This method has also been applied to other plastics with encouraging initial results. The method used and its theoretical basis are included in this thesis.

Hard turning is a machining process where a single point cutting tool removes material harder than 45 HRC from a rotating workpiece. Due to the advent of polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) cutting tools and improved machine tool designs, hard turning is an attractive alternative to grinding for steel parts within the range of 58-68 HRC, such as bearings. There is reluctance in industry to adopt hard turning because of a defect called white layer. White layer is a hard, 1-5 쭠deep layer on the surface of the specimen that resists etching and therefore appears white on a micrograph. When aggressive cutting parameters are used, even using a new tool, white layer is expected. If more conservative parameters are selected, one does not expect white layer. There is some debate if white layer actually decreases the strength or fatigue life of a part, but nevertheless it is not well understood and therefore is avoided. This research examines the use of two different non-destructive evaluation (NDE) sensors to detect white layer in hard turned components. The first, called a Barkhausen sensor, is an NDE instrument that works by applying a magnetic field to a ferromagnetic metal and observing the induced electrical field. The amplitude of the signal produced by the induced electrical field is affected by the hardness of the material and surface residual stresses. This work also examines the electrochemical properties of white layer defects using electrochemical impedance spectroscopy. This idea is verified by measuring the electrochemical potential of surfaces with white layer and comparing to surfaces without any. Further corrosion tests using the electrochemical impedance spectroscopy method indicate that parts with white layer have a higher corrosion rate. The goal of this study is to determine if it is possible to infer white layer thickness reliably using either the Barkhausen sensor or electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Measurements from both sensors are compared with direct observation of the microstructure in order to determine if either sensor can reliably detect the presence of white layer.

Near Infrared Spectroscopy (NIRS) is widely used for quantitative analysis of oilseeds in a non-destructive manner. Canola (Brassica napus) is a popular oilseed crop that is used for food and biofuel markets. Due to limited seed availability in plant breeding programs, single plant analysis is often preferred. An NIRS commercial calibration model was evaluated to predict single plant canola seed, but the results showed the need for new NIRS calibration models to predict moisture content, oil content, and fatty acid content for single plant canola seed (3 g) with minimal sample preparation. A separate NIRS calibration model was developed for glucosinolates content utilizing 20 g seed. The resulting NIRS calibration models for moisture and oil content were acceptable. However, suitable NIRS calibration models were not obtained for fatty acids and glucosinolates content due to limited constituent variability and the narrow wavelength range used to collect spectra.<br>North Dakota Center of Excellence for Oilseeds Development<br>North Dakota Agricultural Experiment Station

Ce travail vise à construire un système compact et facile à mettre en œuvre de réflectométrie guidée par ondes térahertz (TGR) en tirant parti de l'émetteur-récepteur térahertz et des guides d'ondes pour diverses applications. Par rapport aux systèmes conventionnels utilisant une méthode quasi-optique, le nouveau concept a une configuration beaucoup plus simple et permet des applications de sondage à distance.Après des études sur le développement de la technologie térahertz, un émetteur-récepteur à double ACP à pompage optique et deux émetteurs-récepteurs radar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) ainsi que des guides d'ondes à parois minces à noyau creux sont sélectionnés pour mettre en œuvre le premier système TGR en mode impulsionnel et en mode FMCW. Les deux expériences et la simulation 3D pleine onde sont exploitées pour étudier les comportements de propagation des ondes à l'intérieur du système et pour évaluer les performances du système. Les systèmes TGR créés font l'objet d'une démonstration à des fins d'imagerie et de détection. Grâce à la capacité de guidage du guide d'ondes, ces installations présentent un potentiel dans certaines conditions de mesure difficiles, comme dans un environnement étroit et semi-fermé ou dans le liquide. En particulier, la lentille d'immersion solide insérée à l'extrémité du guide d'ondes s'est avérée être une méthode efficace pour améliorer la capacité d'imagerie du système TGR en mode FMCW, donnant lieu à une résolution de sous-longueur d'onde dans la bande de fréquences autour de 100 GHz.En plus des études sur les systèmes TGR, un système de réflectométrie sur plaquette exploitant des sources à pompage optique est également proposé pour bénéficier de la large bande de fréquences des sources photoniques. Comme première tentative, des sondes RF associées à un émetteur-récepteur à double ACP sont utilisées pour délivrer le signal d'impulsion dans des échantillons sur la tranche et les signaux temporels obtenus sont analysés. D'autres propositions sont faites pour pousser plus loin cette étude<br>This work aims to build up a compact easily-implemented terahertz wave-guided reflectometry (TGR) system by taking advantage of the terahertz transceiver and waveguides for diverse applications. Compared to conventional systems using a quasi-optical method, the new concept has a much simpler configuration and allows for remote probing applications.After reviews on the development of terahertz technology, an optical-pumped double-PCA transceiver and two frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar transceivers together with hollow-core thin-wall waveguides are selected to implement the first TGR system in pulse mode and in FMCW mode. Both experiments and 3D full-wave simulation are exploited to investigate the propagation behaviors of waves inside the system and to evaluate the system performance. The created TGR systems are demonstrated for imaging and sensing purposes. Thanks to the guiding capacity of the waveguide, these setups show potential in some difficult measurement conditions, such as in a narrow semi-enclosed environment or the liquid. In particular, the solid immersion lens inserted at the end of the waveguide has been proved as an efficient method to enhance the imaging capacity of the TGR system in FMCW mode, giving rise to a subwavelength resolution at the frequency band around 100 GHz.In addition to the studies of TGR systems, an on-wafer reflectometry system exploiting optical-pumped sources is as well proposed to benefit from the wide frequency band of photonic sources. As the first attempt, RF probes in association with double-PCA transceiver are used to deliver the pulse signal into samples on-wafer and the obtained time signals are analyzed. More propositions are given to push further up this study

Impedance spectroscopy (IS) was used to evaluate the microstructural changes of a thermally-grown oxide (TGO) layer on a nickel-based superalloy or bond coat, with or without a thermal barrier coating (TBC) system, at various temperatures. TBC is used for hot section parts of gas turbine engine, such as turbine blades and vanes. However, spallation of TBC can take place due to long-term operation at high temperature. The spallation is mainly caused by both microstructural changes and thermal stresses as a result of oxide layer (mainly alumina) formation and growth at the interface between the TBC and bond coat. The electrical resistance and capacitance of the oxide layer, formed from oxidation of IN738LC superalloy at high temperature, were obtained from fitting the results of the measured impedance diagrams based on an equivalent circuit model. The equivalent circuit model should represent the features of the oxide layer or the TBC system. The electrical resistance of the oxide layer increased with increasing oxidation time for samples exposed to air at 900°C. Similar results were obtained for the NiCrCoAIY bond coat samples and the TBC systems. The capacitance decreased with increasing thickness of the alumina layer. The activation energy of electrical conduction was used to characterise the alumina layer formed on the bond coat at 900°C, 1000°C and 1100°C. The activation energy values for the alumina layer, formed at various temperatures, decrease with increasing impurity or porosity. Changes in the electrical properties of TGOs are correlated with those in their microstructure and microchemistry. The degradation of a TBC can be identified, when the electrical resistance of the TGO decreases with increasing oxidation time. The fast decrease in resistivity corresponds to the compositional change in the TGO from cc-Al2O3 to a mixture of a-Cr2O3 and (Ni or Co)(Cr or Al)2O4 spinel. The disappearance of a-A1203 in the TGO makes the scale non-protective and leads to cracks and spallation of TBCs. Non-destructive testing of the crack formation in a TBC system is essential for predicting the failure and lifetime of TBCs in service. IS was used to evaluate the crack formation in the TBC system due to thermal cycling. During the thermal cycling, cracks initiated and propagated along the interface between the TGO and the yttrium stabilised zirconia (YSZ), used as a TBC. This caused the spallation of the TBC eventually. The propagation of cracks at the interface of TGO/YSZ was found to contribute to an increase in the interfacial impedance. The interfacial area determines the interfacial resistance corresponding to the oxygen reaction. Therefore, the crack propagation induced an increase of the interfacial resistance, whereas the interfacial capacitance showed no trend in its alteration with the propagation of the cracks. As a result, the relaxation frequency of the interface moved towards a lower frequency during the propagation of the cracks. Therefore, impedance spectroscopy has been used to examine the crack formation in TBC system non-destructively. By using scanning electron microscopy and X-ray diffraction techniques, the composition and microstructure of the oxide scales were examined. It was found that their electrical properties were determined, not only by the microstructure of the oxide scales, but also by the composition of the oxide scales. By determining the relationship between the electrical properties, microstructure and composition of the oxide scales, IS could be used as a non-destructive technique for monitoring the oxidation of metallic alloys at high temperature in gas turbine engine components.

In recent years Terahertz (THz) time domain spectroscopy has emerged as a promising new technology with potential applications in a variety of fields, including industrial manufacturing, security screening and medical imaging. Pulsed THz systems are uniquely suited for non-destructive evaluation (NDE) of the sub-surface layers of dielectric packaging and coating materials, because they provide high dynamic range over a wide bandwidth in the far infrared portion of the electromagnetic spectrum. Often the dielectric materials of the packaging and/or surface coating layers exhibit relatively low loss and abrupt changes in the refractive index at the layer boundaries can be observed as a train of THz pulses in A-scan data. However, many practical applications of THz NDE will require fast signal acquisition to efficiently scan and evaluate many samples. The conventional processing approach shown in much of the published work in the field of THz NDE does not perform well in low signal-to-noise ratio (SNR) conditions. In addition, many samples of interest contain thin film layers and the THz pulses reflecting from the boundaries overlap on top of one another. Thus, it is not always possible to calculate the thickness of thin films from conventional time difference of arrival (TDOA) measurements. In this dissertation physics-based signal processing methods that have been historically used for radar/sonar signal processing are adapted and applied for THz NDE of layered media. Results are demonstrated with measured data from a pulsed THz system in the Northwest Electromagnetic and Acoustics Research Laboratory (NEAR-Lab) at Portland State University (PSU). This research is expected to provide an important link for THz researchers to access and apply the robust methods that have been developed over several decades for other applications. Two key contributions of this work are: 1. Development of a matched filter approach for THz NDE of thick layered media based on the maximum likelihood estimator (MLE). 2. Development of a matched field processing (MFP) approach for THz NDE of thin-film layered media, based on techniques in the underwater acoustics literature.

L'association des méthodes optiques permet d'identifier les différentes espèces présentes dans les couches d'oxydes développées sur le cuivre depuis des épaisseurs de quelques nanomètres jusqu'à plusieurs micromètres. Les oxydes suivants: l'oxyde précurseur de Cu2O, de formule CuxO, Cu2O, Cu3O2 et CuO ont été caractérisés en spectroscopie UV-Vis-PIR en réflexion diffuse. Les défauts dans les oxydes cuivreux peuvent être identifiés par la spectroscopie de photoluminescence. Les premiers stades de l'oxydation du cuivre font intervenir un processus rapide suivant les réactions: 2Cu+1/2 O2Cu2O-3Cu2O+1/2 O2|2Cu3O2. Ainsi, à basse température (423° K) et pour les temps les plus longs, c'est l'oxyde Cu3O2 qui se forme. Dans le domaine de température 473-573° K, les résultats d'analyse démontrent clairement qu'il y a un changement périodique de la composition de la couche dans les premières étapes de l'oxydation. Les micrographies de ces couches, révèlent en extrême surface, un mélange de CuO et d'oxydes de cuivre (i). Pour les températures supérieures à 673° K, la couche a une structure multicouche CuO|Cu3O2|Cu2O|Cu

Fabrication of carbon infiltrated carbon nanotubes (CI-CNT) can result in large mechanical property variation, and methods to characterize properties usually involve destructive testing. Finding a non-destructive way to test for stiffness of this material reduces the number of parts that have to be made. It also simplifies testing of complex parts. The stiffness of CI-CNT beams is related to the type of carbon material infiltrated between the carbon nanotubes (CNTs), how it interacts with the CNTs, and how much of it there is. The amount of material can be estimated using the density of the beam, and both the type of material and its interaction with the carbon nanotubes can be approximated through analysis of the Raman spectra taken at the surface. A combination of these two observations can be related to the effective material stiffness. The relationship can be fitted with a power function, with a variance of 1.41 GPa, which is about 11% of the maximum stiffness of the samples tested. This variance is similar to the larger variations in CI-CNT beam stiffnesses found in a single batch of beams.

Thesis (PhD(Agric) (Horticulture))--University of Stellenbosch, 2011.<br>Includes bibliography.<br>ENGLISH ABSTRACT: Plums with good taste, aroma and eating quality lead to repeat purchases and sustained demand. Taste includes non-volatile compounds, e.g. sugars and acids, and has been well researched to meet the consumers’ preferences. Plum aroma, however, has not enjoyed the same attention. Limited literature is available on the aroma of Japanese plums and none could be found on the effects of relatively long cold storage on the profiles. The main aim of this study is to investigate the changes in aroma compounds of Japanese plums throughout maturation and ripening and the effects of commercial cold storage regimes. Near infra-red (NIR) spectroscopy was also evaluated as a non-destructive method to determine plum quality parameters aimed at minimising sample variability. In Paper 1, NIR spectroscopy was used to develop prediction models for total soluble solid (TSS), total acidity (TA), sugar-to-acid ratio, firmness and weight in three cultivars (Pioneer, Laetitia and Angeleno) and a multi-cultivar model. Samples were collected for seven consecutive weeks and repeated over two seasons. TSS results showed excellent predictability (R2 = 0.817-0.955; RMSEP= 0.453-0.610 % Brix) but the TA models did not perform well. The sugar-to-acid ratio models had results comparable to that of TSS. Both the firmness and weight models had acceptable results. The models of ‘Pioneer’ and ‘Laetitia’ had a better predictability capacity than the ‘Angeleno’ model. Although the multi-cultivar models outperformed the single cultivar models on R2 values it had higher prediction errors. The robustness of all the TSS, TA and firmness models is high in terms of seasonality, range and cultivar. Papers 2 and 3, the main focus of the study, are concerned with the aroma profile dynamics of Japanese plums. HS-SPME was used in both papers to extract the aroma compounds followed by GC-TOFMS for separation and identification. In Paper 2, the aroma volatile compounds of three cultivars (Pioneer, Laetitia and Angeleno) were determined for a seven week period including samples from three maturity stages (immature, harvest and tree-ripe). A total of 35 compounds were identified of which ten were generic. Each cultivar had five unique compounds resulting in different aroma profiles for each of the maturity stages and distinct separation patterns using discriminant analysis. The study was extended in Paper 3 where the aroma volatile compounds of six cultivars (Pioneer, Sapphire, Laetitia, Songold, Larry Anne and Angeleno) and one plumcot (Flavor King) were determined at three functional stages (commercial harvest, tree-ripe fruit and cold stored fruit). A total of 62 compounds were identified and classified into three groups (‘unique’ (31), ‘generic’ (11) and ‘frequent’ (20)) based on their frequency of occurrence. The aroma profiles of ‘Larry Anne’ and ‘Flavor King’ are the most affected by cold storage conditions and ‘Pioneer’ appears to be the least affected. All the cultivars have significantly different aroma profiles at all three of the functional stages with ‘Sapphire’, ‘Larry Anne’ and ‘Flavor King’ showing the largest differences. ‘Flavor King’, a plumcot, presented a ripe aroma profile that was much diverged from that of the true plums.<br>AFRIKAANSE OPSOMMING: Pruime met ‘n goeie smaak, aroma en eetkwaliteit lei tot herhaalde verkope en volhoubare aanvraag. Smaak sluit die nie-vlugtige stowwe (suikers en sure) in en is goed nagevors om die verbruikersvoorkeure te bevredig. Pruim aroma het egter nie dieselfde aandag geniet nie. Daar is beperkte literatuur beskikbaar wat handel oor die aroma van Japanese pruime en geen kon gevind word oor die effekte van lang koelopberging op die aromaprofiele nie. Die hoof doel van hierdie studie is om die veranderinge in die aromatiese komponente van Japanese pruime te ondersoek tydens die volwassewording- en rypwordingsprosesse asook die effekte van kommersiele koelopberging. Naby infrarooi (NIR) spektroskopie is ook geevalueer as ‘n nie-destruktiewe manier om pruim kwaliteitsparameters te bepaal met die doel om monstervariasie te beperk. In Artikel 1 is NIR spektroskopie gebruik om voorspellingsmodelle vir totale oplosbare suikers (TOS), totale suur (TS), suiker-tot-suur verhouding, fermheid en gewig te bepaal in drie kultivars (Pioneer, Laetitia en Angeleno) asook ‘n multi-kultivar model. Monsters is vir sewe opeenvolgende weke versamel en herhaal oor twee seisoene. TOS resultate toon uitstekende voorspelbaarheid (R2 = 0.817-0.955; RMSEP= 0.453-0.610 % Brix) maar TS modelle het egter nie so goed gevaar nie. Die suiker-tot-suur verhoudingsmodelle se resultate was vergelykbaar met die van TOS. Beide die fermheid- en gewigsmodelle het aanvaarbare resultate opgelewer. Die modelle vir ‘Pioneer’ en ‘Laetitia’ het ‘n beter voorspelbaarheidskapasiteit getoon as die van ‘Angeleno’. Alhoewel die multi-kultivar model beter presteer het as die enkel kultivar modelle op die R2-waardes was daar meer voorspellingsfoute. Hoe robuustheid is gevind i.t.v. seisoene, datagrense en kultivar vir al die TOS, TA en fermheidsmodelle. Artikels 2 en 3, die fokuspunt van die studie, handel oor die dinamika van die aromaprofiel van Japanese pruime. HS-SPME is in beide artikels gebruik on die aromatiese verbindings te ekstraeer gevolg deur GCTOFMS vir skeiding en identifikasie. In Artikel 2 is die aromatiese stowwe van drie kultivars (Pioneer, Laetitia en Angeleno) bepaal vir sewe opeenvolgende weke en sluit monsters van drie volwassenheidsstadiums in (onvolwasse, oes en boom-rypgemaakte pruime). ‘n Totaal van 35 verbindings is geidentifiseer waarvan tien as generies beskou kan word. Elke kultivar het vyf unieke komponente gehad en het gelei tot verskillende aromaprofiele vir elk van die volwassenheidsstadiums en diverse skeidingspatrone tydens die gebruik van diskriminant analise. Die studie is uitgebrei in Artikel 3 waartydens die aromatiese vlugtige stowwe van ses kultivars (Pioneer, Sapphire, Laetitia, Songold, Larry Anne en Angeleno) en een plumcot (Flavor King) bepaal is tydens drie funksionele stadiums (oes, boom-rypgemaak en koelopgebergde pruime). ‘n Totaal van 62 verbindings is geidentifiseer en in drie groepe geklassifiseer (‘uniek’ (31), ‘generies’(11) en ‘gereeld’ (20)) gebaseer op voorkomsfrekwensie. Die aromaprofiele van ‘Larry Anne’ en ‘Flavor King’ is die meeste deur die koelopberging geaffekteer en ‘Pioneer’ die minste. Al die kultivars het kenmerkend verskil t.o.v. hul aromaprofiele in al drie die funksionele groepe en ‘Sapphire’, ‘Larry Anne’ en ‘Flavor King’ het die grootste verskille getoon. ‘Flavor King’, die plumcot, het ook ‘n ryp aromaprofiel gehad wat baie van die van die egte pruime verskil het.

The detennination of trade routes and social interactions has previously been undertaken using cultural records and archaeological trends. In many regions this infonnation is sparse or inconclusive. By provenancing materials such as the pigments used by Aboriginal artists the movement of materials in the past can be directly investigated. This study is an attempt to characterise and provenance the excavated pigments from Fem Cave, Chillagoe, Southeast Cape York Peninsula. Two techniques, Fourier transform infrared -photoacoustic spectroscopy and proton induced X-ray and gamma-ray emission spectroscopy, have been used to examine the mineralogy and elemental composition of earth pigments. Both these techniques are suited to the examination of solid samples, requiring only very small samples (<I mg) and little or no sample preparation. The infrared spectra provided mineralogical information and when combined with elemental results enabled the characterisation of the major mineral groups in each sample. These groups were then further examined using multivariate statical methods to identify associations between samples from different geological origins and the excavated samples. This information can now be applied to the identification of ochre origins and investigate prehistoric patterns ofland use, inter-regional interaction and exchange systems.

La diffraction des rayons X apparait comme une modalité prometteuse pour l'inspection non invasive de bagages. Par comparaison aux techniques traditionnelles d'imagerie par transmission, cette technique permet de révéler davantage d'informations caractéristiques sur les matériaux, comme les distances inter-réticulaires pour les matériaux cristallins ou la fonction d'interférence moléculaire pour les matériaux amorphes. La méthode de diffraction par énergie dispersive (EDXRD), qui travaille à angle fixe avec un faisceau polychromatique et un détecteur résolu en énergie, est plus particulièrement adaptée à la problématique de contrôle de bagages, car elle permet d'envisager une architecture parallélisée pour imager un bagage complet en un temps raisonnable. Les travaux proposés dans cette thèse ont donc pour but d'étudier un système EDXRD utilisant un détecteur spectrométrique CdZnTe multi pixels pour l'identification des matériaux illicites dans les bagages. Une première étape a consisté à prendre en main cette technique à la fois expérimentalement avec un banc de diffraction mis à disposition et théoriquement par le biais du développement d'un outil de simulation élaboré. La confrontation entre l'expérimentation et la simulation a permis de bien comprendre la physique d'un tel système et de mieux analyser ses faiblesses pour pouvoir les corriger. En nous appuyant sur ces deux outils, nous avons ensuite étudié et mis en oeuvre de nouveaux concepts pour améliorer les performances du système EDXRD, en termes de résolution, d'intensité et de stabilité des pics de diffraction. Ainsi, une architecture novatrice, s'appuyant sur un traitement des signaux transitoires délivrés par les détecteurs CdZnTe, est proposée afin d'améliorer le compromis entre la résolution des pics de diffraction et leur intensité. Cette architecture est basée sur la sur-pixellisation du détecteur par la méthode de localisation barycentrique et sur une adaptation géométrique du système collimateur/détecteur. Enfin, le problème d'instabilité des pics de diffraction, due à l'effet d'orientation des grains des matériaux cristallins, est également traité.

La industria alimentaria, concretamente el sector poscosecha, necesita innovar en sus procesos productivos, optimizando los mismos para rentabilizar sus actividades, garantizando productos de calidad capaces de satisfacer las necesidades de los consumidores. La presente tesis doctoral se centra en evaluar el potencial de la espectroscopia VIS-NIR para la caracterización e inspección de la calidad de la fruta tanto fuera de línea como a tiempo real en procesos automatizados. En un primer lugar, la viabilidad de la técnica se estudió a nivel de laboratorio en estado estático (off-line), con el fin de conocer y optimizar las condiciones de medición. Posteriormente, se evaluó la calidad interna y externa de diferentes tipos de frutas como son caqui, nectarina y mango. En una segunda etapa, se llevó a cabo una automatización de los procesos de inspección mediante el desarrollo de nuevos prototipos in-line. Para este propósito, y con el objetivo de completar y corroborar los resultados obtenidos de manera estática, se estudió la integración de dos sondas VIS-NIR en una garra robótica capaz de manipular mangos. Finalmente, se estudió la integración de una sonda VIS-NIR a una cinta transportadora. Los resultados obtenidos a nivel estático han demostrado que la espectroscopia VIS-NIR es un método no destructivo muy prometedor para predecir la astringencia en caqui. Así mismo, ha demostrado ser una adecuada herramienta para clasificar al 100% entre variedades de nectarinas como "Big Top" y "Diamond Ray" con una apariencia externa e interna muy similar, pero con diferentes propiedades organolépticas. De manera similar, fue posible clasificar al 100% variedades como "Big Top" y "Magique" de apariencia externa y composición similar pero distinto color de pulpa., y además se desarrolló un índice de calidad interna (IQI) para evaluar la calidad de las nectarinas. Por lo que respecta a los trabajos off-line realizados con mangos de la variedad "Osteen", fue posible predecir su calidad interna mediante los índices de madurez (RPI) y de calidad (IQI) con un gran rendimiento. A su vez, los ensayos experimentales efectuados con estos mismos mangos bajo la manipulación no destructiva de una garra robótica, demostraron que los mejores modelos eran capaces de predecir tanto la firmeza mecánica, el contenido en sólidos solubles, la luminosidad de la pulpa, así como el índice RPI de las muestras en base a la información obtenida por los acelerómetros instalados en los dedos de la garra robótica. En cuanto a los ensayos realizados de manera in-line, el primer prototipo desarrollado se basó en la integración de dos sondas VIS-NIR en una garra robótica dispuesta con dos acelerómetros. El sistema desarrollado permitió alcanzar una buena estimación de la calidad del mango a través del índice RPI fusionando la información tanto de los espectros VIS-NIR como del impacto no destructivo de los acelerómetros. De este modo quedó demostrado que era posible obtener una predicción similar trabajando de forma in-line como trabajando de manera off-line para la predicción del mismo índice de calidad en mangos. El segundo prototipo in-line desarrollado se basa en la integración de una sonda VIS-NIR en una cinta transportadora para la identificación de distintas variedades y orígenes de manzanas. El prototipo desarrollado permitió registrar resultados de clasificación tan buenos como los efectuados de manera off-line con, por ejemplo, nectarina. De este modo, se puede concluir que la espectroscopia VIS-NIR permite monitorear la calidad y clasificar fruta poscosecha tanto en modo off-line como in-line. Los nuevos prototipos desarrollados aportan claras ventajas respecto a los procesos tradicionales realizados a mano, como son la reducción del tiempo de inspección, la disminución de la cantidad de residuos generados y la posibilidad de inspeccionar toda la producción, obteniendo así un análisis más estandariz<br>The food industry, concretely the post-harvest sector, needs to innovate in their production processes, optimizing them to make their activities profitable, guaranteeing quality products capable of satisfying the needs of consumers. The present doctoral thesis focuses on evaluating the potential of visible and near infrared spectroscopy (VIS-NIR) for the characterization and inspection of fruit quality both off-line and in real time in automated processes. Firstly, the viability of the technique was studied at the laboratory level in a static mode (off-line), in order to know and optimise the measurement conditions. Subsequently, the internal and external quality of different types of fruits such as persimmon, nectarine and mango were evaluated. Secondly, an automation of the inspection processes was carried out through the development of new in-line prototypes. For this purpose, and with the aim of completing and corroborating the results obtained in a static mode, the integration of two VIS-NIR probes in a robotic gripper capable of manipulating mangoes was studied. Finally, the integration of a VIS-NIR probe to a conveyor belt was studied as an in-line monitoring tool on the inspection process of different apple varieties. The results obtained in static mode have shown that VIS-NIR spectroscopy is a very promising non-destructive method to predict the astringency in persimmon. Likewise, it has demonstrated to be an adequate tool to classify 100% between nectarine varieties such as 'Big Top' and 'Diamond Ray' with very similar external and internal appearance, but with different organoleptic properties. Similarly, it was possible to classify 100% varieties such as 'Big Top' and 'Magique' with external appearance and similar composition but different pulp colour. An internal quality index (IQI) was developed to evaluate the quality of nectarines, which can be predicted through VIS-NIR spectroscopy. Regarding the off-line work carried out with mangoes of 'Osteen' variety, it was possible to predict its internal quality through the indexes of maturity (RPI) and quality (IQI) with a high performance. Moreover, the experimental tests carried out with these same mangoes under the non-destructive manipulation of a robotic gripper, showed that the best models were able to predict both the mechanical firmness, the soluble solids content, the brightness of the pulp, as well as the RPI index of the samples based on the information obtained by the accelerometers installed on the fingers of the robotic gripper. Regarding the tests carried out in an in-line mode, the first developed prototype was based on the integration of two VIS-NIR probes in a robotic gripper fitted with two accelerometers. The developed system allowed reaching a good estimation of mango quality through the RPI index. In this way, it was demonstrated that it was possible to obtain a similar prediction working in-line as off-line mode for the prediction of the same quality index in mangoes. The second developed in-line prototype is based on the integration of a VIS-NIR probe in a conveyor belt for the identification of different varieties and origins of apples, achieving a success rate of 98% with the system. The developed prototype allowed to register classification results as good as those carried out off-line with, for example, nectarine. In this way, it can be concluded that VIS-NIR spectroscopy allows monitoring the quality and classifying post-harvest fruit in both off-line and in-line mode, being a tool that allows improving and guaranteeing the correct quality and food safety. The new developed prototypes provide clear advantages over the traditional processes performed by hand, such as the reduction of inspection time, the reduction of the amount of waste generated by destructive quality analysis and the possibility of inspecting full production, obtaining a more standardised analysis of the quality of the products.<br>La indústria alimentària, concretament el sector postcollita, necessita innovar en els seus processos productius, optimitzant els mateixos per a rendibilitzar les seues activitats, garantint productes de qualitat capaços de satisfer les necessitats dels consumidors. La present tesi doctoral es centra en avaluar el potencial de l'espectroscòpia visible i infraroig pròxim (VIS-NIR) per a la caracterització i la inspecció de la qualitat de la fruita tant fora de línia com a temps real en processos automatitzats. En un primer lloc, la viabilitat de la tècnica es va estudiar a nivell de laboratori en estat estàtic (off-line), a fi de conéixer i optimitzar les condicions de mesurament. Posteriorment, es va avaluar la qualitat interna i externa de diferents tipus de fruites com són caqui, nectarina i mango. En una segona etapa, es va dur a terme una automatització dels processos d'inspecció per mitjà del desenvolupament de nous prototips in-line. Per aquest propòsit, i amb l'objectiu de completar i corroborar els resultats obtinguts de manera estàtica, es va estudiar la integració de dos sondes VIS-NIR en una garra robòtica capaç de manipular. Finalment, es va estudiar la integració d'una sonda VIS-NIR a una cinta transportadora. Els resultats obtinguts a nivell estàtic han demostrat que l'espectroscòpia VIS-NIR és un mètode no destructiu molt prometedor per a predir l'astringència en caqui. Així mateix, ha demostrat ser una adequada ferramenta per a classificar al 100% entre varietats de nectarines com "Big Top" i "Diamond Ray" amb una aparença externa i interna molt semblant, però amb diferents propietats organolèptiques. De manera semblant, va ser possible classificar al 100% varietats com "Big Top" i "Magique" d'aparença externa i composició semblant però distint color de polpa. Es va desenvolupar un índex de qualitat interna (IQI) per avaluar la qualitat de les nectarines. Pel que fa als treballs off-line realitzats amb mangos de la varietat "Osteen" va ser possible predir la seua qualitat interna mitjançant els índexs de maduresa (RPI) i de qualitat (IQI) amb un gran rendiment. Al mateix temps, els assajos experimentals efectuats amb estos mateixos mangos baix la manipulació no destructiva d'una garra robòtica, van demostrar que els millors models eren capaços de predir tant la fermesa mecánica, el contingut en sòlids solubles, la lluminositat de la polpa, així com l'índex RPI de les mostres basant-se en l'informació obtinguda pels acceleròmetres instal¿lats en els dits de la garra robòtica. En quant als assajos realitzats de manera in-line, el primer prototip desenvolupat es va basar en la integració de dos sondes VIS-NIR en una garra robòtica disposada amb dos acceleròmetres. El sistema desenvolupat va permetre aconseguir una bona estimació de la qualitat del mango a través de l'índex RPI fusionant l'informació tant dels espectres VIS-NIR com de l'impacte no destructiu dels acceleròmetres. D'esta manera va quedar demostrat que era possible obtindre una predicció semblant treballant de forma in-line com off-line per a la predicció del mateix índex de qualitat en mangos. El segon prototip in-line desenvolupat es va basar en la integració d'una sonda VIS-NIR en una cinta transportadora per a l'identificació de distintes varietats i orígens de pomes. El prototip desenvolupat va permetre registrar resultats de classificació tan bons com els efectuats de manera off-line. D'aquesta manera, es pot concloure que l'espectroscòpia VIS-NIR permet monitorar la qualitat i classificar fruita postcollita tant en mode off-line com in-line. Els nous prototips desenvolupats aporten clars avantatges respecte als processos tradicionals realitzats a mà, com són la reducció del temps d'inspecció, la disminució de la quantitat de residus generats pels anàlisis destructives de qualitat i la possibilitat d'inspeccionar tota la producció, obtenint així un anàlisi més estandarditz<br>Cortés López, V. (2018). Innovations in non-destructive techniques for fruit quality control applied to manipulation and inspection lines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110969<br>TESIS

There has been an urge for increasing the efficiency in advanced gas turbine engines. To fulfill these needs the inlet gas temperatures should be increased in the gas turbine engines, thermal barrier coatings (TBCs) have gained significant applications in increasing the gas inlet temperatures. Insulating characteristics of ceramic TBCs allow the operation at up to 150~250 &deg;C higher gas temperatures. Because of the severe turbine engine operating conditions that include high temperature, steep temperature gradient, thermal cycling, oxidation and hot-corrosion, TBCs can fail by spallation at the interface between the metal and ceramic. The lack of understanding in failure mechanisms and their prediction warrant a development of non-destructive evaluation technique that can monitor the quality and degradation of TBCs. In addition, the development of NDE technique must be based on a robust correlation to the characteristics of TBC failure. The objective of this study is to develop electrochemical impedance spectroscopy (EIS) as a Non-destructive evaluation (NDE) technology for application to TBCs. To have a better understanding of the multilayer TBCs using EIS they were divided into individual layers and EIS were performed on them. The individual layers included polycrystalline ZrO2-7~8 wt.%Y?O? (YSZ) (topcoat) of two different densities were subjected to sintering by varying the sintering temperature and holding time for three different thickness and hot extruded NiAl alloy buttons which were subjected to isothermal oxidation with varying temperature and time. NiAl is as similar to the available commercial bondcoats used in TBCs. Then degradation monitoring with electrolyte penetration was carried out on electron beam physical vapor deposited (EB-PVD) TBCs as a function of isothermal exposure. Quality control for air plasma sprayed TBCs were carried out as a function of density, thickness and microstructure. Dense vertically cracked TBCs were tested as a function of vertical crack density and thickness. Electrochemical impedance response was acquired from all specimens at room temperature and analyzed with an AC equivalent circuit based on the impedance response as well as multi-layered structure and micro-constituents of specimens. Physical and microstructural features of these specimens were also examined by optical and electron microscopy. The EIS measurement was carried out in a three-electrode system using a standard Flat Cell (K0235) from Princeton Applied Research&#61652; and IM6e BAS ZAHNER TM frequency response analyzer. The electrolyte employed in this investigation was 0.01M (molar) potassium Ferri/Ferro Cyanide [(K?Fe(CN)?/K?Fe(CN)?x3H?O)]. The thickness and density were directly related to the resistance and capacitance of the polycrystalline YSZ with varying thickness and open pores. As the effective thickness of the YSZ increased with sintering time and temperature, the resistance of the YSZ (R[subscript YSZ]) increased proportionally. The variation in capacitance of YSZ (C[subscript YSZ]) with respect to the change in porosity/density and thickness was clearly detected by EIS. The samples with high porosity (less dense) exhibited large capacitance, C[subscript YSZ]), compared to those with less porosity (high density), given similar thickness. Cracking in the YSZ monoliths resulted in decrease of resistance and increase in capacitance and this was related to the electrolyte penetration. Growth and spallation of TGO scale on NiAl alloys during isothermal oxidation at various temperatures and holding time was also correlated with resistance and capacitance of the TGO scale. With an increase in the TGO thickness, the resistance of the TGO (R[subscript TGO]) increased and capacitance of the TGO (C[subscriptTGO]) decreased. This trend in the resistance and capacitance of the TGO changed after prolonged heat treatment. This is because of the spallation of the TGO scale from the metal surface. The parabolic growth of TGO during high temperature oxidation was inversely proportional to the capacitance of TGO, excluding the abrupt changes associated with the failure. As a function of isothermal exposure for EB -PVD TBCs, initial increase in the resistance of YSZ with thermal exposure was observed perhaps due to the high temperature sintering of YSZ. The parabolic growth of TGO during high temperature oxidation was inversely proportional to the capacitance of TGO. An explanation based on electrolyte penetration into sub-critical damage is proposed for the gradual decrease in the resistances of YSZ and TGO with prolonged thermal exposure. Observation of exposed metallic bond coat surface on the fracture surface, which readily provides conduction, was related to the abrupt and large increase in the capacitance of YSZ and TGO. A direct relation between the resistance of the YSZ (R[subscript YSZ]) and density of the YSZ was observed for APS TBCs with varying topcoat density. APS TBCs with varying topcoat chemistry and thickness were tested and directly related to resistance of topcoat. With the increase in the topcoat thickness, the capacitance decreased and the resistance increased. The higher values of C[subscript CAT] and R[subscript CAT] compared to that of CYSZ and RYSZ were related to the higher dielectric constant and resistivity of CaTiO?. Dense vertically cracked TBCs were tested with varying crack density were tested and the variation in the resistance was related indirectly to the cracks and directly to the difference in the thickness of the topcoat. EB-PVD TBCs with varying density (dense and columnar) were tested and the variation in resistance was attributed to the dense structure and columnar structure of the topcoat with columnar structure having lower resistance because of more electrolyte penetration through the columnar structure. From this study, EIS showed a potential as a NDE technique for quality assurance and lifetime remain assessment of TBCs. Future work should continue on developing a mathematical model to study the impedance curves and come up with a model for individual layers of TBC and then sum them up to get the multilayered TBC response. The flexible instrument probe of EIS needs to be designed and tested for field evaluation of TBCs.<br>M.S.<br>Department of Mechanical, Materials and Aerospace Engineering<br>Engineering and Computer Science<br>Mechanical, Materials and Aerospace Engineering

L’utilisation de billes en céramique, et notamment en nitrure de silicium, permet d’améliorer sensiblement les performances des roulements. Dans le cadre des applications critiques du secteur aéronautique et spatial, il s’avère nécessaire de développer de nouveaux moyens de contrôle non-destructif pour la caractérisation de ces billes. Dans ce mémoire, nous proposons d’apporter notre contribution en étudiant les potentialités offertes par une technique spécifique de spectroscopie ultrasonore de résonances de modes sphéroïdaux. Comme le montre l’étude théorique des vibrations élastiques d’une sphère, ces modes permettent de caractériser tout le volume des billes ou uniquement les couches proches de la surface, selon la gamme de fréquence considérée. Pour acquérir les spectres de résonances de ces modes, un système de mesure spécifique composé d’une sonde ultrasonore piézoélectrique et d’un interféromètre optique a été développé. Le traitement numérique des mesures mis en place permet de détecter les fréquences de résonance et d’en déduire la vitesse de propagation des ondes sphéroïdales dans chaque couche sub-surfacique inspectée. Nous proposons ensuite une méthode permettant, à partir de ces résultats, d’estimer les coefficients élastiques des billes suivant différentes profondeurs d’inspection. L’interprétation de campagnes d’essais montre alors que ces outils permettent de contrôler la qualité du matériau des billes. Enfin, un traitement spécifique des mesures est proposé afin de détecter des défauts de faibles dimensions à la surface des billes. La méthode de spectroscopie étudiée permet donc un contrôle complet des billes de roulement<br>The use of ceramic balls, in particular silicon nitride balls, allows a substantial improvement of bearing performances. For critical aerospace and space applications, there is a need for developing new nondestructive techniques for the inspection of these balls. As part of our contribution, we propose in this work to study the possibilities offered by a specific technique of resonant ultrasound spectroscopy of spheroidal modes. As shown by the theoretical study on elastic sphere vibrations, these modes allow to characterize the whole volume of balls or only the close-to-surface layers, according to the considered frequency range. To acquire the resonance spectra of these modes, a specific measurement system composed of a piezoelectric ultrasonic probe and an optical interferometer was developed. A self-implemented numerical processing of measured spectra allows to detect the resonance frequencies and to deduce from them the propagation velocity of the spheroidal waves in each inspected subsurface layers. Then, we propose a method based on these results that permit to estimate the elastic coefficients of the balls according to various inspection depths. The analysis of test series show that these tools can be used to check the quality of the balls’ material. Finally, a specific measurement processing is proposed in order to detect surface defects of weak dimensions. In conclusion, the studied spectroscopic method provides a complete inspection of bearing balls

Ce travail de thèse rentre dans le cadre d'une collaboration entre l'université de Sfax et l'université du Maine. La thèse intitulée "Influence des conditions d’interfaces d’un milieu poreux saturé sur la propagation des ondes ultrasonores : analyse acoustique et diélectrique". Le travail présenté dans ce mémoire de thèse étudie les mécanismes pouvant se reproduire dans un milieu poreux saturé par un fluide incompressible, lorsqu'il est soumis à un gradient de pression pour l'étude acoustique, et un gradient de champs électromagnétique pour l'analyse diélectrique.De ce fait le présent mémoire s'intéresse à présenter deux techniques de caractérisation :i) La caractérisation acoustique où la théorie de Biot a été adoptée pour comprendre les mécanismes de la propagation des ondes ultrasonores dans les matériaux poreux saturés et étudier l'influence de changement des conditions d'interfaces sur les coefficients de réflexion et de transmission. Le cas de présence d'un défaut plan dans le volume du matériau a été traité. Dans le même objectif, l'étude de l'influence de la présence de plusieurs inclusions sphériques sur lamodification des lignes de champs de vitesses a été présentée en proposant un modèle de tortuosité adapté selon la nature de l'inclusion et le milieu poreux hôte (homogénéité et l'anisotropie).ii) L'analyse diélectrique qui permet de décrire la structure interne et l'interaction entre le solide et le fluide saturant. Des mesures diélectriques ont été effectuées sur des céramiques de silice poreuse identiques à celle utilisée lors de la caractérisation ultrasonore, afin d’étudier l'influence de l'état des surfaces latérales de l'échantillon sur l'interaction entre le fluide saturant et les surfaces intérieures de la structure poreuse.Les résultats permettent de mettre en évidence une analogie entre les comportements de l'inclusion dans le champ de vitesse du fluide et celui d'une sphère diélectrique dans un champs électrique uniforme. Des expériences acoustiques et des mesures diélectriques (spectroscopie) ont été réalisées et comparées aux simulations numériques et aux modèles théoriques dans les deux parties d'étude<br>This work is part of a collaboration between the University of Sfax and the University of Maine. The thesis entitled "Influence of the interface conditions of a saturated porous medium on the propagation of ultrasonic waves: acoustic and dielectric analysis". The work presented in this dissertation examines theme chanisms that can be reproduced in a porous medium saturated by an incompressible fluid when subjected to a pressure gradient for the acoustic studyand an electromagnetic field gradient for the dielectricstudy. Consequently, the present paper is interested in presenting two techniques of characterization:i) Acoustic characterization where Biot's theory was adopted to understand the mechanisms of propagation of ultrasonic waves in saturated porous materials and to study the influence of changing interface conditions onreflection and transmission coefficients. The presence of a flat defect in the volume of the material has be entreated. The study of the influence of the presence of several spherical inclusions on the modification of the lines of velocity fields was presented by proposing a model of tortuosity adapted according to the nature of the inclusion and the porous medium host (homogeneityand anisotropy).ii) The dielectric analysis which allows to describe the internal structure and the interaction between the solidand the saturating fluid. Dielectric measurements were carried out on porous silica ceramics identical to thoseused in ultrasonic characterization in order to study the influence of the state of the lateral surfaces of the sample on the interaction between the saturating fluid and the surfaces of the porous structure.The results make it possible to demonstrate an analogy between the behavior of the inclusion in the velocity field of the fluid and that of a dielectric sphere in a uniformelectric field. Acoustic experiments and dielectric measurements (spectroscopy) were carried out and compared with numerical simulations and theoretical models in both parts of the study

Bioengineering<br>Ph.D.<br>More than 350,000 anterior cruciate ligament (ACL) injuries occur every year in the United States. A torn ACL is typically replaced with an allograft or autograft tendon (patellar, quadriceps or hamstring), with the choice of tissue generally dictated by surgeon preference. Despite the number of ACL reconstructions performed every year, the process of ligamentization, transformation of a tendon graft to a healthy functional ligament, is poorly understood. Previous research studies have relied on mechanical, biochemical and histological studies. However, these methods are destructive. Clinically, magnetic resonance imaging (MRI) is the most common method of graft evaluation, but it lacks adequate resolution and molecular specificity. There is a need for objective methodology to study the ligament repair process that would ideally be non- or minimally invasive. Development of such a method could lead to a better understanding of the effects of therapeutic interventions and rehabilitation protocols in animal models of ligamentization, and ultimately, in clinical studies. Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy is a technique sensitive to molecular structure and composition in tissues. FT-IR fiber optic probes combined with arthroscopy could prove to be an important tool where minimally invasive tissue assessment is required, such as assessment of graft composition during the ligamentization process. Spectroscopic methods have been used to differentiate normal and diseased connective tissues, but have not been applied to investigate ligamentization, or to investigate differences in tendons and ligaments. In the proposed studies, we hypothesize that infrared spectroscopy can provide molecular information about the compositional differences between tendons and ligaments, which can serve as a foundation to non-destructively monitor the tissue transformation that occurs during ligamentization.<br>Temple University--Theses

Grading osteoarthritic tissue has, until now, been a laboratory process confined to research activities. This thesis establishes a scientific protocol that extends osteoarthritic tissue ranking to surgical practice. The innovative protocol, which now incorporates the structural degeneration of collagen, enhances the traditional Modified Mankin ranking system, enabling its application to real time decision during surgery. Because it is fast and without time consuming laboratory process, it would potentially enable the cataloguing of tissues in osteoarthritic joints in all compartments of diseased joints during surgery for epistemological study and insight into the manifestation of osteoarthritis across age, gender, occupation, physical activities and race.

Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude et au développement des techniques d’analyses non destructives pour les produits issus de la microélectronique et en particulier des systèmes complexes intégrés dans un même boîtier. L’analyse non destructive est une étape essentielle dans l’analyse de défaillance d’un produit. Cependant la miniaturisation croissante des circuits offrant la possibilité d’associer un maximum de fonctions sur chaque puce en complexifie considérablement l’analyse et nécessite une constante amélioration des possibilités de ces techniques. Ainsi, après avoir, dans une première partie passé en revue les diverses techniques qu’un laboratoire d’analyse de défaillance utilise ainsi que le fonctionnement et les objectifs tenus par celui-ci, ce manuscrit porte plus particulièrement sur deux techniques non destructives : la microscopie acoustique et la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier. Dans la deuxième partie, l’utilisation et le développement de la microscopie ultrasonore y sont développés. Après un bref rappel des différentes techniques de contrôle par ultrasons, une approche théorique de l’acoustique des milieux condensés est présentée. Vient ensuite une description détaillée du système ultrasonore à balayage du laboratoire dans lequel cette thèse a été réalisée. Une approche originale de caractérisation de défaut est alors proposée par la modélisation semi-empirique de la réponse acoustique des boîtiers étudiés. Ainsi sont présentées des comparaisons de formes d’ondes mesurées et de formes d’ondes simulées pour deux types de transducteurs. Enfin, la dernière partie de cette thèse porte sur le développement et la mise au point d’une application originale de spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier à la métrologie des passifs intégrés dans le silicium (PICS), inscrivant ainsi ce travail de thèse dans un rôle de support à l’unité de développement de procédés de NXP-Semiconductors Caen<br>This thesis manuscript deals with the study and development of non destructive analysis techniques for microelectronic products and especially complex system in packages. Non destructive analysis is a main step of failure analysis flow. The problem related to the integration of more and more functions inside the same package makes it much more difficult to analyze and requires a continuous improvement of abilities of these techniques. In a first part, this manuscript reviews various techniques used in a failure analysis laboratory as well as its typical working and objectives. Then it focuses on two non destructive techniques : acoustic microscopy and fast Fourier transform spectrometry. Thus, the second part develops the use and improvement of ultrasonic microscopy. After a brief recall of all the different control techniques based on ultrasonic waves, a theoretical approach of acoustic phenomena in condensed material is given. Then, the ultrasonic system of the laboratory is precisely described and an original procedure of defect characterization is proposed, based on a semi-empirical modelization of acoustic response of the studied packages. Follows the comparison of measured acoustic waves with simulated ones, this for two types of transducers. The final part of this manuscript deals with the development and perfecting of an original application of fast Fourier transform spectrometry to critical dimension measurements in passive integration connective substrates (PICS). This work supported process development activity of NXP-Semiconductors Caen site

The purpose of the present research is to develop and apply an experi- mental technique for measuring the size of nanoparticles and nanodroplets in a flow environment. The developed non-intrusive, optical method is called Light Extinction Spectroscopy (LES) and it allows to determine the size of particles from measuring their light transmission spectrum on the Ultraviolet-Near-Infrared range. The most crucial part of the develop- ment work is to obtain a reliable data processing method, which is based on the regularized solution of an ill-conditioned inverse problem. The de- veloped method is first tested using synthetic data, which allows to deter- mine the measurement range and also the measurement errors caused by various sources. This is followed by performing laboratory experiments for validating the LES technique. Validation measurements using calibrated particles and a reference instrument shows that sizing errors are in the order of 5-10%. Afterwards, the technique is applied for characterizing the Brownian coagulation process of nanodroplets, where the growth rate of droplets is successfully measured and is found to agree with theoreti- cal expectations. Next, the LES technique is applied to coagulating solid particles, where the growth rate of these complex non-spherical objects is retrieved. Finally, a particle monolayer is deposited on an air-water inter- face and it is shown that the LES technique can retrieve the particle-water contact angle, which allows the characterization of nanoparticle wettabil- ity and the study of the related interesting physical phenomena.<br>Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'échographie ultrasonore comporte des avantages qui la rendent essentielle en Contrôle Non Destructif (CND). Cependant, l'importante énergie acoustique nécessaire pour traverser des matériaux très atténuants ne peut être obtenue qu'à l'aide de traducteurs résonnants, ce qui limite sérieusement la résolution sur les échogrammes mesurés. Cette résolution peut être améliorée avec des méthodes de déconvolution. Mais l'application des méthodes de déconvolution monodimensionnelle pose problème en contrôle non destructif quand le milieu est fortement anisotrope et hétérogène (l'acier austénitique par exemple). Les techniques de déconvolution sont nombreuses et bien documentées dans la littérature en CND. Mais elles proviennent généralement d'autres domaines d'application (génie biomédical, géophysique) et nous montrons que ces techniques ne sont pas bien adaptées aux principaux problèmes du CND : l'atténuation en fréquence du milieu et la phase non-minimale de l'ondelette. Nous avons développé une méthode de déconvolution temporelle qui permet de prendre en compte les caractéristiques de l'ondelette. Notre méthode traite le problème de déconvolution comme un problème d'estimation et comporte 2 étapes : (i) une étape de correction en phase qui prend en compte la phase de l'ondelette pour estimer l'échogramme corrigé en phase. La phase de l'ondelette est uniquement caractéristique du traducteur utilisé et reste constante lors de la propagation. (ii) une étape d'égalisation spectrale qui permet de restaurer le contenu spectral de la réflectivité idéale. Les deux étapes sont mises en œuvre par des filtres de Kalman rapides qui permettent de réduire considérablement le coût en calcul de la méthode. La présentation de résultats synthétiques et réels montre que l'approche adoptée permet effectivement d'améliorer sensiblement la résolution dans les matériaux atténuants

Le contenu et l’état de conservation exceptionnel du Codex Borbonicus en font un témoin précieux de la culture du bassin de Mexico-Tenochtitlan à l’époque de l’arrivée des conquistadors. Pour certains historiens il s’agit d’un document assurément précolombien, tandis que pour d’autres, une partie de son contenu graphique dénote une influence culturelle Européenne. Afin d’explorer les savoir-faire mis en œuvre lors de sa production et d’apporter de nouvelles données à ce débat, la nature et le mode de préparation des constituants du manuscrit sont étudiés, dans les limites offertes par les instrumentations transportables et non-invasives (spectroscopies de fluorescence de rayons X, de réflexion, d’émission et Raman). Une première interprétation des données analytiques enregistrées sur le manuscrit se base sur les connaissances issues des sources historiques et du corpus de manuscrits mésoaméricains déjà étudiés. Une analyse plus fine des données est apportée par des calculs de combinaisons spectrales et par l’étude expérimentale de certains colorants, qui permettent une compréhension plus avancée des techniques de production picturale employées. Afin de généraliser les conclusions tirées des mesures localisées, la distribution des constituants sur la totalité du document est également abordée. L’imagerie hyperspectrale, par l’application d’outils statistiques et le développement de cartographies de motifs spectraux spécifiques, apporte ainsi une nouvelle perspective aux résultats des analyses. L’utilisation exclusive de colorants organiques d’origine animale (Dactylopius coccus) ou végétale (Indigofera suffruticosa, Comellina coelestis, Justicia spicigera) dans le Codex Borbonicus, seuls ou en mélanges, correspond aux traditions précolombiennes. L’hypothèse d’une influence européenne ne peut donc s’appuyer sur la nature des constituants du document. Les données présentées viennent par ailleurs enrichir les connaissances sur les techniques de production de manuscrits Mésoaméricains<br>The Codex Borbonicus is a great source of knowledge regarding different aspects of the culture of the basin of Mexico-Tenochtitlan at the time of the Spanish conquest. For some historians, the manuscript is definitely Precolumbian while for others, parts of its graphical contents reveal a European cultural influence. In order to investigate the technological knowledge that was involved for its creation, and to bring fresh data to the debate, the manuscript material constituents are studied with transportable, non-invasive analytical techniques (X-Ray fluorescence, reflexion, emission and Raman spectroscopies). A first interpretation of the analytical data recorded on the document is based on the historical records and the corpus of Mesoamerican manuscripts that have already been studied. A finer analysis of the data is done through the calculation of spectral combinations as well as the experimental studies of certain coloring materials, that allow a better understanding of the paint preparation techniques. In order to generalize the conclusion based on localized analyses, the spatial distribution of the constituent on the whole document is also explored. Hyperspectral imaging, with the aid of statistical tools and the mapping of specific spectral features, brings new insights to the first results. The exclusive use of organic colorants extracted from animal (Dactylopius coccus) or vegetable sources (Indigofera suffruticosa, Comellina coelestis, Justicia spicigera) in the Codex Borbonicus, alone or in mixtures, fits what is known of Precolumbian traditions. Therefore, the hypothesis of a European influence can’t be supported by the nature of the manuscript constituents. Moreover, these new data enrich the current knowledge on Mesoamerican manuscript production techniques

The Mosaico de los Amores is an outstandingly well-preserved roman mosaic dating back to the end of the 1st and beginning of the 2nd century CE. Due to the remarkable preservation state and the technical quality, the mosaic forms an important part of cultural heritage. Handheld X-ray Fluorescence (hXRF) and Raman spectroscopy were employed to analyse the material composition of the mosaic tesserae to get insight in the production technology and raw materials used. These techniques can also determine the conservation state of the mosaic as weathering products can be detected. The thesis contributes to the preventive conservation of the Mosaico de los Amores. Additionally, this thesis aims to compare different Raman instruments and their lasers and their suitability in the field for analysing cultural heritage. A total of 144 tesserae originating from two scenes of the mosaic are discussed in this thesis. The elemental and mineralogical compositions are discussed revealing two major groups, glass and stone tesserae. The stone tesserae with a high Ca content are made from carbonaceous stones, which were abundant in the their locality of the site. The colorants and opacifiers used to produce the different glass colours were identified with the hXRF results since the Raman results on the glasses were limited. The results gave insights in the production technology of Roman glasses. Furthermore, the comparison of the different Raman instruments yielded interesting results; Resumo: O Mosaico de los Amores é um mosaico Romano excepcionalmente bem preservado que remonta ao fim do primeiro e início do Segundo século DC. O notável estado de conservação e a qualidade técnica fazem deste mosaico uma parte importante do patrimônio cultural. Espectroscopia de Fluorescência de Raios-X (hXRF) e espectroscopia Raman foram empregadas para analisar a composição material das tesselas do mosaico e obter uma percepção na tecnologia de produção e as materiais utilizados. Essas análises também podem determinar o estado de conservação do mosaico e os produtos de intemperismo podem ser detectados. A tese contribui para a conservação preventiva do Mosaico de los Amores. Além disso, esta tese tem como objectivo comparar diferentes instrumentos Raman e seus lasers no campo de análise do património cultural. Um total de 144 tesselas provenientes de duas cenas do mosaico são discutidas nesta tese. As composições elementares e mineralógicas são discutidas revelando dois grupos principais: tesselas de vidro e de pedra. As tesselas de pedra apresentam um alto teor de Ca, sendo feitas a partir de pedras carbonosas, que eram abundantes na localidade. Os corantes e opacificantes utilizados para produziras diferentes cores de vidro forma identificados com os resultados de hXRF já que os resultados obtidos por Raman foram limitados. Os resultados também deram uma compreensão sobra a tecnologia de produção de vidros romanos. Além disso, a comparação dos diferentes instrumentos Raman produziu resultados interessantes.

Anbaubegleitende spektral-optische Analysen direkt an der Pflanze haben zunehmend Bedeutung für die gartenbauliche Produktion. Veränderungen individueller Pflanzeninhaltsstoffe können mit Hilfe optischer Sensoren unmittelbar und beliebig oft erfasst werden, wodurch Pflanzenreaktionen auf veränderte Umgebungs- und Kulturbedingungen instrumentell messbar sind. Im Konzept eines Präzisionsgartenbau könnten diese zusätzlichen Informationen adaptiven Kulturmaßnahmen dienen und zur effizienten Nutzung von Ressourcen in der Produktion von Obst und Gemüse beitragen. Die wellenlängenspezifische Lichtabsorption pflanzlicher Gewebe ermöglicht zerstörungsfreie Reflexions- oder Transmissionsmessungen und die Adressierung von Pigmentgruppen im ultravioletten und sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Auf Grund veränderlicher Gehalte während des Wachstum und der Entwicklung pflanzlicher Gewebe, sind Pigmente zudem wichtige Indikatoren für den physiologischen Zustand von Obst und Gemüse. Präzise zerstörungsfreie Spektralanalysen werden allerdings durch komplexe optische Eigenschaften biologischen Materials, besonders im Hinblick auf die Reifeentwicklung von Obst und Gemüse erschwert. Zur Lösung dieser Problematik wurde ein neuer iterativer Ansatz (iMLR) entwickelt, der überlagerte in-situ und in-vivo Spektren individueller Pigmente aus einem Summenmessspektrum separiert. Dieser Algorithmus wurde in eine eigenständige Applikation überführt. Eine Datenbank enthält spektrale Signaturen von Chlorophyll a und b, Lycopin, β-Carotin, α-Carotin, Lutein und Violaxanthin. Obwohl die spektrale Analyse einzelner Pigmente durch optische Störgrößen in komplex aufgebauten biologischen Geweben und Pigmentgemischen erschwert ist, konnte ein neuer Ansatz erarbeitet und validiert werden. Diese Methode minimiert spektrale Überlagerung von in-situ und in-vivo aufgezeichneten Messsummensignalen und analysiert Pigmentgehalte in Farbstoffgemische zuverlässig.<br>Spectral measurements on plants have already been introduced in practice through extensive research and through the recent increase in the availability of low-cost devices. It can be expected that optical sensor systems may contribute to an economic and sustainable use of natural resources as a part of the concept for precision horticulture. In terms of phytomonitoring approaches, such technologies which address variable amounts of individual chromophoric plant components become more important. Their wavelength-selective light absorption makes pigments specifically responsive to reflection or transmission recordings in the ultraviolet and visible range of the electromagnetic spectrum. Additionally, pigments serve as indicators for physiological stages of leaf and fruit. Consequently, the instrumental recording of variable pigment contents has high potential with regards to dynamic plant-adapted processes during the production of fruit and vegetables. Solving the known issues of non-destructive spectroscopy, a new approach was figured out in the present work to obtain a more precise analysis of individual pigment contents, which vary during the cultivation of horticultural crops. The tool is based on an iterative algorithm (iMLR), that separates coinciding in-situ and in-vitro spectra from sum signals of individual pigments. Finally, the algorithm was integrated into a stand-alone application containing a library of chlorophyll a and b, as well as signatures of lycopene, β-carotene, α-carotene, lutein and violaxanthin. It can be pointed out that individual pigment compositions are suitable indicators of the physiological stage of horticultural products. However, the spectral analysis of single pigment levels is challenging due to complex interactions of coinciding absorption and diffuse light scattering in natural pigment mixtures or in fruit extracts. From this, an improved method for the reliable decomposition of spectral signals was developed.

L’évaluation non destructive (NDT) des matériaux composites est compliquée en raison de la vaste gamme de défauts rencontrés (y compris délaminage, microfissuration, fracture de la fibre, retrait des fibres, fissuration matricielle, inclusions, vides et dommages aux chocs). La capacité de caractériser quantitativement le type, la géométrie et l’orientation des défauts est essentielle. La thermographie infrarouge (IRT), en tant que technique de diagnostic d’image, peut satisfaire le besoin industriel croissant de NDT&E. Dans la thèse, la thermographie par excitation optique et mécanique a été utilisée pour étudier différents matériaux composites, dont 1) des préformes sèches en fibres de carbone, 2) des composites de fibres naturelles, 3) des composites hybrides de basalte-fibres de carbone soumis à une charge d’impact (séquence de type sandwich et séquence d’empilement intercalé), 4) des défauts micro-dimensionnés dans un composite polymère renforcé de fibre de carbone (CFRP) en 3D avec une couture de type « joint en T », et 5) des peintures sur toile qui peuvent être considérées comme des matériaux composites. Une nouvelle technique IRT de thermographie de ligne par micro-laser (micro-LLT) a été proposée pour l’évaluation des porosités submillimétriques dans le CFRP. La microscopie de points par micro-laser (micro-LST) et la micro-vibrothermographie (micro-VT) ont également été présentées avec l’utilisation de microlentilles. La thermographie pulsée (PT) et la thermographie modulée « à verrouillage » (LT) ont été comparées à la tomographie par rayons X (TC) pour validation. Le C-scan ultrasonore (UT) et l’imagerie par ondes tera-hertziennes en onde continue (CW THz) ont également été réalisés à des fins comparatives. L’inspection par techniques thermographiques est une question ouverte à discuter pour le public scientifique. En fait, la thermographie par impulsions (PPT) basée sur la transformation de phase a été utilisée pour estimer la profondeur des dommages. Pour traiter les données thermographiques, on a également utilisé la reconstruction de signal thermographique de base (B-TSR), la thermographie des composants principaux (PCT) et la thermographie des moindres carrés partiels (PLST). Enfin, une analyse complète et comparative basée sur le diagnostic d’images thermographiques a été menée en vue d’applications industrielles potentielles.<br>Non-destructive testing (NDT) of composite materials is complicated due to the wide range off laws encountered (including delamination, micro-cracking, fiber fracture, fiber pullout, matrix cracking, inclusions, voids, and impact damage). The ability to quantitatively characterize the type, geometry, and orientation of flaws is essential. Infrared thermography (IRT), as an image diagnostic technique, can satisfy the increasing industrial need for NDT&E. In the thesis, optical and mechanical excitation thermography were used to investigate different composite materials, including 1) carbon fiber dry preforms, 2) natural fiber composites, 3) basalt-carbon fiber hybrid composites subjected to impact loading (sandwich-like and intercalated stacking sequence), 4) micro-sized flaws in a stitched T-joint 3D carbon fiber reinforced polymer composite (CFRP), and 5) paintings on canvas which can be considered as composite materials. Of particular interest, a new IRT technique micro-laser line thermography (micro-LLT) was proposed for the evaluation of submillimeter porosities in CFRP. Micro-laser spot thermography (micro-LST) and micro-vibrothermography (micro-VT) were also presented with the usage of a micro-lens. Pulsed thermography (PT) and lock-in thermography (LT) were compared with x-ray computed tomography (CT) for validation. Ultrasonic C-scan (UT) and continuous wave terahertz imaging (CW THz) were also conducted for the comparative purpose. The inspection by thermographic techniques is an open matter to be discussed for the scientific audience. In fact, pulse phase thermography (PPT) based on phase transform was used to estimate the damage depth. Basic thermographic signal reconstruction (B-TSR), principal component thermography (PCT) and partial least squares thermography (PLST) (another more recent advanced image processing technique) were also used to pro-cess the thermographic data. Finally, a comprehensive and comparative analysis based on thermographic image diagnostics was conducted in view of potential industrial applications.