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Pigot, Corentin. "Caractérisation électrique et modélisation compacte de mémoires à changement de phase". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0185.
Texto completoResumen
La mémoire à changement de phase (ou PCM) est considérée actuellement comme la plus mature des technologies émergentes susceptibles de pallier les limitations de la mémoire Flash-NOR pour le futur des applications embarquées. Afin de permettre la conception de circuits à base de PCM, l’utilisation d’outils tels que la simulation SPICE est nécessaire, impliquant le besoin de modèles compacts de PCM. Ces modèles doivent être rapides, continus, et précis ; à ce jour aucun modèle de la littérature ne remplit l’ensemble de ces exigences.L’objectif de cette thèse est de proposer un nouveau modèle compact de PCM, permettant la conception de circuits à base de PCM. Le modèle que nous avons développé est entièrement continu, validé sur une large gamme de tension, courant, temps et température. Construit à partir de connaissances physiques sur le fonctionnement du dispositif, il utilise un emballement thermique dans le mécanisme de Poole-Frenkel pour modéliser le seuil de commutation de la phase amorphe. L’introduction d’une variable de fraction fondue, dépendante uniquement de la température, ainsi que d’une vitesse de cristallisation dépendante de la fraction amorphe, permet la bonne modélisation de l’ensemble des dynamiques temporelles de changement d’état. De plus, une méthodologie d’extraction optimisée de la carte modèle est proposée à la suite de la validation du modèle, reposant sur une étude de sensibilité des paramètres de la carte modèle et un ensemble simple de caractérisations électriques, autorisant l’adaptation du modèle à chaque variation des procédés de fabrication pour garantir l’utilité du modèle à toutes les étapes du développement des technologies PCMPhase-change memory (PCM) is arguably the most mature emerging nonvolatile memory, foreseen for the replacement of the mainstream NOR-Flash memory for the future embedded applications. To allow the design of new PCM-based products, SPICE simulations, thus compact models, are needed. Those models need to be fast, robust and accurate; nowadays, no published model is able to fill all these requirements.The goal of this thesis is to propose a new compact model of PCM, enabling PCM-based circuit design. The model that we have developed is entirely continuous, and is validated on a wide range of voltage, current, time and temperature. Built on physical insights of the device, a thermal runaway in the Poole-Frenkel mechanism is used to model the threshold switching of the amorphous phase. Besides, the introduction of a new variable representing the melted fraction, depending only on the internal temperature, along with a crystallization speed depending on the amorphous fraction, allow the accurate modeling of all the temporal dynamics of the phase transitions. Moreover, an optimized model card extraction flow is proposed following the model validation, relying on a sensibility analysis of the model card parameters and a simple set of electrical characterizations. It enables the adjustment of the model to any process variation, and thus ensures its accuracy for the design modeling at every step of the technology development
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Kiouseloglou, Athanasios. "Caractérisation et conception d' architectures basées sur des mémoires à changement de phase". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT128/document.
Texto completoResumen
Les mémoires à base de semi-conducteur sont indispensables pour les dispositifs électroniques actuels. La demande croissante pour des dispositifs mémoires fortement miniaturisées a entraîné le développement de mémoires non volatiles fiables qui sont utilisées dans des systèmes informatiques pour le stockage de données et qui sont capables d'atteindre des débits de données élevés, avec des niveaux de dissipation d'énergie équivalents voire moindres que ceux des technologies mémoires actuelles.Parmi les technologies de mémoires non-volatiles émergentes, les mémoires à changement de phase (PCM) sont le candidat le plus prometteur pour remplacer la technologie de mémoire Flash conventionnelle. Les PCM offrent une grande variété de fonctions, comme une lecture et une écriture rapide, un excellent potentiel de miniaturisation, une compatibilité CMOS et des performances élevées de rétention de données à haute température et d'endurance, et peuvent donc ouvrir la voie à des applications non seulement pour les dispositifs mémoires, mais également pour les systèmes informatiques à hautes performances. Cependant, certains problèmes de fiabilité doivent encore être résolus pour que les PCM se positionnent comme un remplacement concurrentiel de la mémoire Flash.Ce travail se concentre sur l'étude de mémoires à changement de phase intégrées afin d'optimiser leurs performances et de proposer des solutions pour surmonter les principaux points critiques de la technologie, ciblant des applications à hautes températures. Afin d'améliorer la fiabilité de la technologie, la stœchiométrie du matériau à changement de phase a été conçue de façon appropriée et des dopants ont été ajoutés, optimisant ainsi la stabilité thermique. Une diminution de la vitesse de programmation est également rapportée, ainsi qu'un drift résiduel de la résistance de l'état de faiblement résistif vers des valeurs de résistance plus élevées au cours du temps.Une nouvelle technique de programmation est introduite, permettant d'améliorer la vitesse de programmation des dispositifs et, dans le même temps, de réduire avec succès le phénomène de drift en résistance. Par ailleurs, un algorithme de programmation des PCM multi-bits est présenté. Un générateur d'impulsions fournissant des impulsions avec la tension souhaitée en sortie a été conçu et testé expérimentalement, répondant aux demandes de programmation d'une grande variété de matériaux innovants et en permettant la programmation précise et l’optimisation des performances des PCMSemiconductor memory has always been an indispensable component of modern electronic systems. The increasing demand for highly scaled memory devices has led to the development of reliable non-volatile memories that are used in computing systems for permanent data storage and are capable of achieving high data rates, with the same or lower power dissipation levels as those of current advanced memory solutions.Among the emerging non-volatile memory technologies, Phase Change Memory (PCM) is the most promising candidate to replace conventional Flash memory technology. PCM offers a wide variety of features, such as fast read and write access, excellent scalability potential, baseline CMOS compatibility and exceptional high-temperature data retention and endurance performances, and can therefore pave the way for applications not only in memory devices, but also in energy demanding, high-performance computer systems. However, some reliability issues still need to be addressed in order for PCM to establish itself as a competitive Flash memory replacement.This work focuses on the study of embedded Phase Change Memory in order to optimize device performance and propose solutions to overcome the key bottlenecks of the technology, targeting high-temperature applications. In order to enhance the reliability of the technology, the stoichiometry of the phase change material was appropriately engineered and dopants were added, resulting in an optimized thermal stability of the device. A decrease in the programming speed of the memory technology was also reported, along with a residual resistivity drift of the low resistance state towards higher resistance values over time.A novel programming technique was introduced, thanks to which the programming speed of the devices was improved and, at the same time, the resistance drift phenomenon could be successfully addressed. Moreover, an algorithm for programming PCM devices to multiple bits per cell using a single-pulse procedure was also presented. A pulse generator dedicated to provide the desired voltage pulses at its output was designed and experimentally tested, fitting the programming demands of a wide variety of materials under study and enabling accurate programming targeting the performance optimization of the technology
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Chahine, Rebecca. "Ingénierie aux échelles nanométriques de matériaux chalcogénures à changement de phase pour les mémoires à changement de phase du futur". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY058.
Texto completoResumen
En terme de performance, de coût et de vitesse de fonctionnement, les mémoires à changement de phase occupent une place importante dans les technologies de stockage de données. Elles utilisent les propriétés de certains matériaux à changement de phase (PCM), principalement des alliages de matériaux chalcogénures, qui présentent des caractéristiques uniques : commutation rapide et réversible entre un état amorphe et un état cristallin avec un contraste optique et électrique important entre les deux états. Cependant, pour de meilleures performances, la consommation d’énergie due aux courants de programmation élevés doit être réduite et la température de cristallisation augmentée. Dans ce contexte, nous avons élaboré de nouveaux systèmes de multicouches de [GeTe/C]n et [Ge2Sb2Te5/C]n. Le but est d’obtenir de manière contrôlée et reproductible une couche mince de PCM nanostructuré avec une ou des dimensions caractéristiques inférieures à 10 nm. Les multicouches ont été élaborées par la technique de dépôt par pulvérisation cathodique magnétron dans un bâti de dépôt industriel 200 mm équipé d’une chambre multi-cathodes. Les multicouches sont amorphes après dépôt. Des analyses par faisceaux d’ions ont permis de contrôler la périodicité et la composition des multicouches ainsi élaborées. Des mesures de résistivité et de réflectivité en température montrent que la température de cristallisation du PCM dans la structure multicouche augmente et dépend de l’épaisseur du PCM et des films de carbone. Aussi, la cinétique et l’amplitude de la transition amorphe-cristal du PCM dans la multicouche est aussi largement affectée. L’impact de la structure multicouche sur la cristallisation du GeTe et du Ge2Sb2Te5 est alors comparée et discutée au regard de la nature de leur mécanisme de cristallisation. Nous montrons que la structure multicouche initialement amorphe est conservée même après cristallisation du PCM lors d’un recuit identique à celui utilisé pour la fabrication des dispositifs mémoires (300 °C pendant 15 min). Ainsi, il est possible d’obtenir des grains nanocristallins de PCM dans du C amorphe de l’ordre de 4 nm verticalement et de 20-30 nm dans le plan des couches. Ces résultats sont comparés à la microstructure de films de GeTe et Ge2Sb2Te5 dopés avec du C. Enfin, l’analyse de l’évolution de la structure de ces multicouches par des mesures de diffraction de rayons X en laboratoire et par des mesures in situ au cours d’un recuit au synchrotron SOLEIL a été réalisée. Ceci a permis par exemple de mettre en évidence au-delà d’une certaine température la percolation locale des grains de GeTe entre les couches de CIn terms of performance, cost and functional speed, phase-change memories are playing a key role in data storage technologies. Leveraging the properties of some chalcogenide materials, phase-change materials (PCMs) present unique features, mainly: fast and reversible switching between amorphous and crystalline states with significant optical and electrical contrasts between the both states. However, for an improved performance, the elevated power consumption due to the high programming current must be reduced, and the crystallization temperature also has to be increased. In this context, we have developed new multilayer systems of [GeTe/C]n and [Ge2Sb2Te5/C]n. The aim is to obtain, in a controlled and reproducible manner, a thin layer of nanostructured PCM with dimensions less than 10 nm. The multilayers were produced by the magnetron sputtering deposition technique in a 200 mm industrial equipment with a multi-cathode chamber. The multilayers are amorphous after deposition. Ion beam techniques permitted to check periodicity and composition of the multilayers. The sheet resistance and reflectivity as a function of temperature were measured in situ. The crystallization temperature of PCM in the multilayer structure increases and is dependent on the thickness of the PCM layer and that of the carbon films. The kinetics and magnitude of the amorphous-crystal transition of PCM in the multilayers are also significantly affected. The impact of the multilayer structure on the crystallization of GeTe versus Ge2Sb2Te5 is then compared and discussed with respect to their crystallization mechanism. We show that the initially amorphous multilayer structure is retained even after PCM crystallization during an annealing that is identical to the one used for the manufacture of memory devices (300 °C for 15 min). Thus, it is possible to obtain nanocrystalline grains of PCM in amorphous C on the order of 4 nm vertically and 20-30 nm in the layer plane. These results are compared with the microstructure of C-doped GeTe and Ge2Sb2Te5 films. Finally, by using X-ray diffraction measurements in the laboratory and by in situ experiments at the SOLEIL synchrotron, we were able to follow the evolution of the structure of these multilayers during annealing. For example, we reported that a local percolation effect of the GeTe grains between the layers of C occurs above a certain temperature
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Garbin, Daniele. "Etude de la variabilité des technologies PCM et OxRAM pour leur utilisation en tant que synapses dans les systèmes neuromorphiques". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT133/document.
Texto completoResumen
Le cerveau humain est composé d’un grand nombre de réseaux neuraux interconnectés, dont les neurones et les synapses en sont les briques constitutives. Caractérisé par une faible consommation de puissance, de quelques Watts seulement, le cerveau humain est capable d’accomplir des tâches qui sont inaccessibles aux systèmes de calcul actuels, basés sur une architecture de type Von Neumann. La conception de systèmes neuromorphiques vise à réaliser une nouvelle génération de systèmes de calcul qui ne soit pas de type Von Neumann. L’utilisation de mémoire non-volatile innovantes en tant que synapses artificielles, pour application aux systèmes neuromorphiques, est donc étudiée dans cette thèse. Deux types de technologies de mémoires sont examinés : les mémoires à changement de phase (Phase-Change Memory, PCM) et les mémoires résistives à base d’oxyde (Oxide-based resistive Random Access Memory, OxRAM). L’utilisation des dispositifs PCM en tant que synapses de type binaire et probabiliste est étudiée pour l’extraction de motifs visuels complexes, en évaluant l’impact des conditions de programmation sur la consommation de puissance au niveau du système. Une nouvelle stratégie de programmation, qui permet de réduire l’impact du problème de la dérive de la résistance des dispositifs PCM est ensuite proposée. Il est démontré qu’en utilisant des dispositifs de tailles réduites, il est possible de diminuer la consommation énergétique du système. La variabilité des dispositifs OxRAM est ensuite évaluée expérimentalement par caractérisation électrique, en utilisant des méthodes statistiques, à la fois sur des dispositifs isolés et dans une matrice complète de mémoire. Un modèle qui permets de reproduire la variabilité depuis le niveau faiblement résistif jusqu’au niveau hautement résistif est ainsi développé. Une architecture de réseau de neurones de type convolutionnel est ensuite proposée sur la base de ces travaux éxperimentaux. La tolérance du circuit neuromorphique à la variabilité des OxRAM est enfin démontrée grâce à des tâches de reconnaissance de motifs visuels complexes, comme par exemple des caractères manuscrits ou des panneaux de signalisations routièresThe human brain is made of a large number of interconnected neural networks which are composed of neurons and synapses. With a low power consumption of only few Watts, the human brain is able to perform computational tasks that are out of reach for today’s computers, which are based on the Von Neumann architecture. Neuromorphic hardware design, taking inspiration from the human brain, aims to implement the next generation, non-Von Neumann computing systems. In this thesis, emerging non-volatile memory devices, specifically Phase-Change Memory (PCM) and Oxide-based resistive memory (OxRAM) devices, are studied as artificial synapses in neuromorphic systems. The use of PCM devices as binary probabilistic synapses is studied for complex visual pattern extraction applications, evaluating the impact of the PCM programming conditions on the system-level power consumption.A programming strategy is proposed to mitigate the impact of PCM resistance drift. It is shown that, using scaled devices, it is possible to reduce the synaptic power consumption. The OxRAM resistance variability is evaluated experimentally through electrical characterization, gathering statistics on both single memory cells and at array level. A model that allows to reproduce OxRAM variability from low to high resistance state is developed. An OxRAM-based convolutional neural network architecture is then proposed on the basis of this experimental work. By implementing the computation of convolution directly in memory, the Von Neumann bottleneck is avoided. Robustness to OxRAM variability is demonstrated with complex visual pattern recognition tasks such as handwritten characters and traffic signs recognition
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Bayle, Raphaël. "Simulation des mécanismes de changement de phase dans des mémoires PCM avec la méthode multi-champ de phase". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX035.
Texto completoResumen
Les mémoires à changement de phases ont basées sur la variation de résistance d’un petit volume de matériau à changement de phase, l'information binaire étant codée à travers la phase amorphe ou cristalline du matériau. Le changement de phase permettant leur programmation est induit par effet Joule sous l’application d’un courant électrique. L’alliageGe2Sb2Te5 est largement utilisé pour les mémoires à changement de phase, car il cristallise rapidement et sans changement de composition. Cependant, pour obtenir la fiabilité requise pour certaines applications à haute température, notamment dans le secteur automobile, un alliage Ge-Sb-Te enrichi en Geest utilisé par la société STMicroelectronics. La cristallisation de cet alliage s’accompagne d’une ségrégation des espèces et de la formation d’une nouvelle phase cristalline. La répartition spatiale des phases et espèces est décisive pour le bon fonctionnement du point mémoire ; il est ainsi très important de pouvoir la prédire.Les modèles de champ de phase permettent,notamment aux échelles de temps et d’espace impliquées dans l’étude des mémoires à changement de phase, le suivi d’interface entre plusieurs domaines occupés par des phases différentes. Dans ce travail de thèse, un modèle multi-champ de phase permettant de simuler l’évolution de la répartition des phases et des espèces dans ce nouvel alliage a été développé.Les paramètres du modèle ont été déterminés à partir des données disponibles sur l’alliage.Deux types de simulations ont été réalisées :d’une part, celle de la cristallisation, lors d’un recuit, d’une couche mince de matériau initialement déposé amorphe ; d’autre part, celle portant sur les changements de phase qui se produisent lors de l’application de champs de température typiques des opérations d’écriture des mémoires. La comparaison entre les résultats de simulations et expériences révèle que les caractéristiques principales des microstructures observées dans les expériences sont bien mises en évidence par le modèlePhase change memories (PCM) exploit the variation of resistance of a small volume of phase change material: the binary information is coded through the amorphous or crystalline phase of the material. The phase change is induced by an electrical current, which heats the material by the Joule effect. Because of its fast and congruent crystallization, theGe2Sb2Te5 alloy is widely used for PCM. Nevertheless, to get a better reliability at high temperatures, which is required e.g. for automotive applications, STMicroelectronics uses a Ge-rich GeSbTe alloy. In this alloy, chemical segregation and appearance of a new crystalline phase occur during crystallization. The distribution of phases and alloy components are critical for the proper functioning of the memory cell; thus, predictive simulations would be extremely useful. Phase field models are used for tracking interfaces between areas occupied by different phases. In this work, a multi-phase field model allowing simulating the distribution of phases and species in Ge-rich GeSbTe has been developed. The parameters of the model have been determined using available data on this alloy. Two types of simulations have been carried out, firstly to describe crystallization during annealing of initially amorphous deposited thin layer; secondly to follow the evolution of phase distribution during memory operation using temperature fields that are typical for those operations. Comparisons between simulations and experiments show that they both exhibit the same features
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Navarro, Gabriele. "Analyse de la fiabilité de mémoires à changement de phase embarquées basées sur des matériaux innovants". Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061792.
Texto completoResumen
Les Mémoires ont de plus en plus importance à l'époque actuelle, et sont fondamentales pour la définition de tous les systèmes électroniques avec lesquels nous entrons en contact dans notre vie quotidienne. Les mémoires non-volatiles (NVM), représentées par la technologie Flash, ont pu suivre jusqu'à présent l'effort à la miniaturisation pour satisfaire la demande croissante de densité de mémoire exigée par le marché. Cependant, la réduction de la taille du dispositif de mémoire est de plus en plus difficile et la complexité technologique demandé a augmenté le coût par octet. Dans ce contexte, les technologies de mémoire innovantes deviennent non seulement une alternative, mais la seule solution possible pour fournir une densité plus élevée à moindre coût, une meilleure fonctionnalité et une faible consommation d'énergie. Les Mémoires à Changement de Phase (PCM) sont considérées comme la solution de pointe pour la future génération de mémoires non-volatiles, grâce à leur non-volatilité , scalabilité, "bit-alterability", grande vitesse de lecture et d'écriture, et cyclabilité élevée. Néanmoins, certains problèmes de fiabilité restent à surmonter afin de rendre cette technologie un remplacement valable de la technologie Flash dans toutes les applications. Plus en détail, la conservation des données à haute température, est l'une des principales exigences des applications embarquées industrielles et automobiles. Cette thèse se concentre sur l'étude des mémoires à changement de phase pour des applications embarquées, dans le but d'optimiser le dispositif de mémoire et enfin de proposer des solutions pour surmonter les principaux obstacles de cette technologie, en abordant notamment les applications automobiles. Nous avons conçu, fabriqué et testé des dispositifs PCM basés sur des structures reconnues et innovantes, en analysant leurs avantages et inconvénients, et en évaluant l'impact de la réduction de la taille. Notre analyse de fiabilité a conduit au développement d'un système de caractérisation dédié à caractériser nos cellules PCM avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde, et à la mise en oeuvre d'un outil de simulation basé sur un solveur thermoélectrique et sur l'approche numérique "Level Set", pour comprendre les différentes mécanismes qui ont lieu dans nos cellules pendant les opérations de programmation. Afin de répondre aux spécifications du marché des mémoires non-volatiles embarquées, nous avons conçu le matériau à changement de phase intégré dans le dispositif PCM avec deux principales approches: la variation de la stoechiométrie et l'ajout de dopants. Nous avons démontré et expliqué comment la rétention des données dans les dispositifs PCM à base de GeTe peut être améliorée avec l'augmentation de la concentration de Te, et comment les inclusions de SiO2 peuvent réduire les défauts causés par la tension de lecture à températures de fonctionnement élevées. En outre, nous avons présenté les avantages sur la réduction de la puissance de programmation du dopage de carbone dans les dispositifs à base de GST. Enfin, nous avons étudié les effets de l'enrichissement en Ge dans le GST, combiné avec le dopage N et C, intégré dans des cellules PCM à l'état de l'art. Grâce à l'introduction d'une nouvelle technique de programmation, nous avons démontré la possibilité d'augmenter la vitesse de programmation de ces dispositifs, caractérisés par des performances de rétention des données parmi les meilleurs rapportés dans la littérature, et de réduire le phénomène de la dérive de la résistance qui affecte la stabilité de l'état programmé des cellules PCM. Nous avons donc prouvé, avec ces derniers résultats, la validité de la technologie PCM pour les applications embarquées.
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Gasquez, Julien. "Conception de véhicules de tests pour l’étude de mémoires non-volatiles émergentes embarquées". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2022. http://www.theses.fr/2022AIXM0419.
Texto completoResumen
La mémoire à changement de phase (PCM) s’inscrit dans la stratégie de développement de mémoires non-volatiles embarquées sur les nœuds technologiques avancés (sub 28nm). En effet, la mémoire Flash-NOR devient de plus en plus onéreuse à intégrer dans les technologies avec des diélectriques à forte permittivité et des grilles métalliques. Cette thèse a donc pour objectif principal de réaliser des véhicules de tests afin d’étudier un point mémoire novateur PCM + OTS et de proposer des solutions afin de combler ses lacunes et ses limites suivant les applications envisagées. L’étude a pour support deux technologies différentes le HCMOS9A et le P28FDSOI. La première sert de support pour le développement d’un véhicule de validation technologique du point mémoire OTS+PCM. La deuxième est, quant à elle, utilisée pour démontrer la surface obtenu avec un dimensionnement agressif du point mémoire. Enfin, un circuit de lecture optimisé pour ce point mémoire a été réalisé permettant la compensation des courants de fuites ainsi que la régulation des tensions de polarisations de la matrice au cours de la lecturePhase change memory (PCM) is part of the strategy to develop non-volatiles memories embedded in advanced technology nodes (sub 28nm). Indeed, Flash-NOR memory is becoming more and more expensive to integrate in technologies with high permittivity dielectrics and metallic gates. The main objective of this thesis is therefore to realize tests vehicles in order to study an innovative PCM + OTS memory point and to propose solutions to fill its gaps and limitations according to the envisaged applications. The study is based on two different technologies: HCMOS9A and P28FDSOI. The first one is used as support for the development of a technological validation vehicle of the OTS+PCM memory point. The second one is used to demonstrate the surface obtained with an aggressive sizing of the memory point. Finally, an optimized readout circuit for this memory point has been realized allowing the compensation of leakage currents as well as the regulation of the bias voltages of the matrix during the reading
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Suri, Manan. "Technologies émergentes de mémoire résistive pour les systèmes et application neuromorphique". Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00935190.
Texto completoResumen
La recherche dans le domaine de l'informatique neuro-inspirée suscite beaucoup d'intérêt depuis quelques années. Avec des applications potentielles dans des domaines tels que le traitement de données à grande échelle, la robotique ou encore les systèmes autonomes intelligents pour ne citer qu'eux, des paradigmes de calcul bio-inspirés sont étudies pour la prochaine génération solutions informatiques (post-Moore, non-Von Neumann) ultra-basse consommation. Dans ce travail, nous discutons les rôles que les différentes technologies de mémoire résistive non-volatiles émergentes (RRAM), notamment (i) Phase Change Memory (PCM), (ii) Conductive-Bridge Memory (CBRAM) et de la mémoire basée sur une structure Metal-Oxide (OXRAM) peuvent jouer dans des dispositifs neuromorphiques dédies. Nous nous concentrons sur l'émulation des effets de plasticité synaptique comme la potentialisation à long terme (Long Term Potentiation, LTP), la dépression à long terme (Long Term Depression, LTD) et la théorie STDP (Spike-Timing Dependent Plasticity) avec des synapses RRAM. Nous avons développé à la fois de nouvelles architectures de faiblement énergivore, des méthodologies de programmation ainsi que des règles d'apprentissages simplifiées inspirées de la théorie STDP spécifiquement optimisées pour certaines technologies RRAM. Nous montrons l'implémentation de systèmes neuromorphiques a grande échelle et efficace énergétiquement selon deux approches différentes: (i) des synapses multi-niveaux déterministes et (ii) des synapses stochastiques binaires. Des prototypes d'applications telles que l'extraction de schéma visuel et auditif complexe sont également montres en utilisant des réseaux de neurones impulsionnels (Feed-forward Spiking Neural Network, SNN). Nous introduisons également une nouvelle méthodologie pour concevoir des neurones stochastiques très compacts qui exploitent les caractéristiques physiques intrinsèques des appareils CBRAM.
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Coué, Martin. "Caractérisation électrique et étude TEM des problèmes de fiabilité dans les mémoires à changement de phase enrichis en germanium". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT018/document.
Texto completoResumen
Dans cette thèse, nous proposons une étude détaillée des mécanismes responsables de la perte de données dans les mémoires à changement de phase enrichies en germanium (Ge-rich PRAMs), à savoir la dérive de la résistance au cours du temps et la recristallisation de la phase amorphe. Nous commençons par une présentation du contexte dans lequel s'inscrit cette étude an donnant un aperçu rapide du marché des mémoires à semiconducteur et une comparaison des mémoires non volatiles émergentes. Les principes de fonctionnement de la technologie PRAM sont introduits, avec ses avantages, ses inconvénients, ainsi que la physique régissant le processus de cristallisation dans les matériaux à changement de phase, avant de décrire les problèmes de fiabilité qui nous intéressent.Une caractérisation électrique complète de dispositifs intégrant des alliages de GST enrichi en germanium est ensuite proposée, en commençant par la caractérisation des matériaux utilisés dans nos cellules, introduisant alors les avantages des alliages enrichis en Ge sur le GST standard. Les performances électriques des dispositifs intégrant ces matériaux sont analysées, avec une étude statistique des caractéristiques SET & RESET, de la fenêtre de programmation, de l'endurance et de la vitesse de cristallisation. Nous nous concentrons ensuite sur le thème principal de cette thèse en analysant la dérive en résistance de l'état SET de nos dispositifs Ge-rich, ainsi que les performances de rétention de l'état RESET.Dans la dernière partie, nous étudions les mécanismes physiques impliqués dans ces phénomènes en fournissant une étude détaillée de la structure des cellules, grâce à l'utilisation de la Microscopie Électronique en Transmission (MET). Les conditions et configurations expérimentales sont décrites, avant de présenter les résultats qui nous ont permis d'aller plus loin dans la compréhension de la dérive en résistance et de la recristallisation de la phase amorphe dans les dispositifs Ge-rich. Une discussion est finalement proposée, reliant les résultats des caractérisations électriques avec ceux des analyses TEM, conduisant à de nouvelles perspectives pour l'optimisation des dispositifs PRAMsIn this thesis we provide a detailed study of the mechanisms responsible for data loss in Ge-rich Ge2Sb2Te5 Phase-Change Memories, namely resistance drift over time and recrystallization of the amorphous phase. The context of this work is first presented with a rapid overview of the semiconductor memory market and a comparison of emerging non-volatile memories. The working principles of PRAM technology are introduced, together with its advantages, its drawbacks, and the physics governing the crystallization process in phase-change materials, before describing the reliability issues in which we are interested.A full electrical characterization of devices integrating germanium-enriched GST alloys is then proposed, starting with the characterization of the materials used in our PCM cells and introducing the benefits of Ge-rich GST alloys over standard GST. The electrical performances of devices integrating those materials are analyzed, with a statistical study of the SET & RESET characteristics, programming window, endurance and crystallization speed. We then focus on the main topic of this thesis by analyzing the resistance drift of the SET state of our Ge-rich devices, as well as the retention performances of the RESET state.In the last part, we investigate on the physical mechanisms involved in these phenomena by providing a detailed study of the cells' structure, thanks to Transmission Electron Microscopy (TEM). The experimental conditions and setups are described before presenting the results which allowed us to go deeper into the comprehension of the resistance drift and the recrystallization of the amorphous phase in Ge-rich devices. A discussion is finally proposed, linking the results of the electrical characterizations with the TEM analyses, leading to new perspectives for the optimization of PRAM devices
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Hariri, Ahmad. "Etude de commutateurs hyperfréquences bistables à base des matériaux à changement de phase (PCM)". Thesis, Limoges, 2019. http://www.theses.fr/2019LIMO0013/document.
Texto completoResumen
Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception, simulation et réalisation des nouvelles structures des commutateurs hyperfréquences basées sur l’intégration des couches minces des matériaux innovants fonctionnels tels que les matériaux à changement de phase (PCM) et les matériaux à transition de phase (PTM). Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité présenter par ces matériaux. Nous avons exploité le changement de résistivité réversible du GeTe de la famille des matériaux à changement de phase (PCM) entre les deux états : amorphe à forte résistivité et cristallin à faible résistivité, pour réaliser une nouvelle structure d’un simple commutateur SPST. Ensuite, nous avons intégré ce commutateur dans une nouvelle structure de la matrice de commutation DPDT (Double Port Double Throw) à base de PCM pour l’application dans la charge utile du satellite. Nous avons utilisé la transition isolant-métal présenté par le dioxyde de vanadium (VO2) de la famille des matériaux à transition de phase, pour réaliser une nouvelle structure de commutateur simple à deux terminaux sur une très large bande de fréquence (100 MHz–220 GHz)The work presented in this manuscript focuses on the design, simulation and realization of new microwave switches structures based on the integration of thin layers of innovative functional materials such as phase change materials (PCM) and phase transition materials. (PTM). The operating principle of these components is based on the change of resistivity present by these materials. We exploited the reversible resistivity change of GeTe of phase change materials family between the two states: amorphous with high resistivity and crystalline with low resistivity to realize a new structure of SPST switch. Then, we have integrated this switch structure on a new structure of DPDT (Double Port Double Throw) switch matrix based on phase change materials for application in satellite payload. We have used the insulatingmetal transition presented by the vanadium dioxide (VO2) of phase transition materials family to realize a new two terminals simple switch structure on a very wide frequency band (100 MHz–220 GHz)
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Le, Gall Nicolas. "Etude et optimisation de composants radiofréquences à base de matériaux à changement de phase". Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. http://www.theses.fr/2023LIMO0096.
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Les composants radiofréquences sont des éléments clefs dans les systèmes de télécommunications modernes. Les commutateurs par exemple, permettent de laisser passer, ou non, le signal électrique. Il en existe différentes technologies, comme les transistors, les relais électromécaniques ou les MEMS RF. L'utilisation de matériaux à changement de phase permet le développement de composants miniaturisés à la fois performants et bistables. Ces matériaux n'ayant été que récemment intégrés dans le domaine des hautes fréquences, il convient d'étudier cette famille de composants et de modéliser au mieux leurs architectures. Ces études ont ensuite permis leur optimisation, et le développement de nouveaux composants, comme les condensateurs reconfigurables. Cette thèse traite de l'étude et de l'optimisation de composants à base de matériaux à changement de phase. Tout d'abord, les commutateurs RF à base de matériaux à changement de phase sont présentés et comparés aux autres technologies existantes. Ensuite, la technologie de fabrication et la géométrie des commutateurs sont optimisées, avant de présenter des condensateurs reconfigurables, développés à partir de la technologie des commutateurs RF. Enfin, des éléments de fiabilité sont présentésRadiofrequency devices are essential components in innovative telecommunication technologies. For example, RF switches allow electric signals to pass through different parts of a circuit. Different technologies of RF switches exist, like transistors, electromechanical relays or RF MEMS. The main benefit of the implementation of phase change materials is the development of miniaturized, bi-stable, low-loss components. These materials have recently been integrated in High Frequency circuits and have to be well studied and understood. This thesis also presents optimization and development of new devices, like reconfigurable capacitors. This thesis presents investigation and optimization of radiofrequency devices based on phase-change materials. First, RF switches based on phase-change materials are presented and compared to existing technologies. Then, fabrication process and switches geometry are optimized, before presenting reconfigurable capacitors. Those capacitors have been developed from RF switches. Eventually, first results on reliability are presented
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Balandraud, Xavier. "Changement de phase et changements d'échelle dans les alliages à mémoire de forme". Montpellier 2, 2000. http://www.theses.fr/2000MON20013.
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La modelisation multi-echelles du comportement thermomecanique des alliages a memoire de forme constitue le cadre de la these. Trois echelles de description sont definies (micro, meso et macroscopique) et illustrees par des observations. L'objectif est de fournir des lois de comportement macroscopiques a l'ingenieur. Dans une partie bibliographique, nous rapportons des resultats de quasiconvexification, realisant le passage de l'echelle du reseau cristallin (microscopique) a celle d'un element de volume monocristallin (mesoscopique). De maniere alternative, nous realisons des experiences thermomecaniques sur une eprouvette monocristalline : le calcul des sources de chaleur, a partir des mesures de temperature par camera infrarouge, montre la propagation d'un front de changement de phase (localisation). Un modele meso-thermomecanique du comportement monocristallin, prenant en compte le type de symetrie de la martensite consideree, est propose dans le cadre des materiaux standards generalises. Le modele decrit la pseudoelasticite (a haute temperature) et l'apparition de deformations residuelles par reorientation de variantes de martensite (a basse temperature). L'evolution du polycristal est observee au travers d'experiences et de simulations numeriques par elements finis (en thermomecanique couplee, avec changement de phase) sur un volume elementaire representatif du materiau. Les couplages thermomecaniques (chaleur latente) et les irreversibilites mecaniques sont pris en compte dans les simulations numeriques. La definition exacte de l'etat thermodynamique d'un point macroscopique necessite la connaissance du champ de fractions volumiques de martensite dans le ver situe sous ce point. Les resultats numeriques sont alors utilises pour proposer un modele phenomenologique du comportement macroscopique polycristallin.
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Mennai, Amine. "Conception et réalisation de commutateurs RF à base de matériaux à transition de phase (PTM) et à changement de phase (PCM)". Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0035/document.
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Ces travaux de recherche portent sur la conception et la réalisation de commutateurs RF basées sur l’intégration de matériaux innovants fonctionnels tels que le dioxyde de vanadium (VO2) et les alliages de chalcogénures de types Ge2Sb2Te5 (GST) et GeTe. Le principe de fonctionnement de ces composants repose sur le changement de résistivité que présentent ces matériaux. Le VO2 possède une transition Isolant-Métal (MIT) autour de 68°C à travers laquelle le matériau passe d’un état isolant (forte résistivité) à un état métallique (faible résistivité). La transition MIT présente l’intérêt de pouvoir être initiée sous l’effet de plusieurs types de stimuli externes (thermique, électrique et optique) avec de faibles temps de commutation. Les alliages de types GST et GeTe ont la particularité de commuter réversiblement entre un état amorphe à forte résistivité à un état cristallin à faible résistivité suite à un traitement thermique spécifique. Les commutateurs à base de GST ou de GeTe présentent l'avantage de pouvoir opérer en mode bistable car le changement de résistivité présenté par ces matériaux est de type non volatile. Les composants réalisés ont de bonnes performances électriques (isolation et pertes d’insertion) sur une large bande. Nos travaux de recherche visent à proposer une solution alternative aux solutions classiques (semi-conducteurs et MEMS-RF) pour réaliser des commutateurs RF qui peuvent être par la suite utilisés dans la conception des dispositifs reconfigurables (filtres, Antennes)This research work focuses on the design and realization of RF switches based on the integration of new materials such as vanadium dioxide (VO2), Ge2Sb2Te5 (GST) and GeTe chalcogenides alloys. The operating principle of these devices is based on the resistivity change presented by these materials. VO2 exhibits a Metal-Insulator transition (MIT) around 68°C for which the material changes from an insulating state (high resistivity) to a metallic one (low resistivity). The MIT transition can be triggered in different ways (thermally, electrically and optically) with low switching time. GST and GeTe alloys have the particularity to be reversibly switched between a high resistive-amorphous state to low resistive-crystalline state, under a specific heat treatment. Thanks to the non-volatile resistivity change presented by these materials, GST/GeTe-based switches are able to operate in bistable mode. The fabricated devices exhibit good electrical performances (insertion loss and isolation) over a broadband. The aim of our work is to propose an alternative solution to conventional technologies (semiconductors and RF-MEMS), to design RF switches that can be used afterward in the design of reconfigurable devices (filters, antennas)
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Martinelli, Matthieu. "Stockage d’énergie thermique par changement de phase – Application aux réseaux de chaleur". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI084/document.
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Cette étude concerne un système de stockage d’énergie thermique par changement de phase, de type tubes et calandre et destiné à être raccordé à la sous-station d’un réseau de chaleur. Le travail s’axe autour des transferts thermiques dans le MCP et du régime de convection dans le fluide caloporteur.La première étude expérimentale s’attache à montrer l’importance des inserts à l’intérieur du tube où circule le fluide caloporteur, pour sortir des régimes de convection mixte défavorables au système. Deux tubes ailettés sont testés avec deux types d’insert différents. Les inserts testés sont cylindriques et hélicoïdaux. Les performances thermiques sont meilleures avec ces derniers. Les tubes ont des densités d’ailettes suffisamment élevées pour que les transferts thermiques par convection, dans le MCP, soient négligeables. Une approche analytique a permis d’estimer les conductivités thermiques effectives dans le MCP au contact des ailettes à partir des résultats expérimentaux. Elles sont estimées à 7,4 et 10,9 W/m/K pour des densités d’ailettes de 7 et 10 fpi respectivement.La seconde campagne expérimentale se penche sur des géométries d’échangeurs novatrices : des tubes équipés soit d’une mousse stochastique en cuivre, soit d’une mousse régulière en aluminium. Les conductivités thermiques effectives sont estimées à 13,4 et 39,5 W/m/K respectivement. Le potentiel de ces échangeurs est mis en avant à travers des comparaisons avec d’autres géométries d’échangeurs. En particulier, l’échangeur à mousse de cuivre permet de transférer plus d’énergie en un temps plus court qu’un échangeur à ailettes radiales en cuivre, bien que la quantité de cuivre dans la mousse soit moindre que dans les ailettes.Enfin, un modèle numérique de CFD 2D-axisymétrique est validé expérimentalement. Ce modèle confirme que la convection naturelle a une influence négligeable sur les performances thermiques à l’échelle du système, mais qu’elle joue un rôle dans la forme du front de fusion entre et en périphérie des ailettesThis study is about a shell and tubes latent heat thermal energy storage system. This system is expected to be integrated in a district heating network substation. Heat transfers inside the PCM as well as convection flow regime inside the heat transfer fluid are investigated.A first experimental study aims at demonstrating the necessity of internal insert inside the tubes in order to avoid mixed convection flow regime. Two highly finned tubes as well as two inserts are tested. Inserts are either cylindrical or helical. Better thermal performances are obtained with the helical one. Besides, it is shown that free convection, between the fins is negligible. Effective thermal conductivities are estimated with an experimental and analytical approach at 7.4 and 10.9 W/m/K for the 7 fpi and the 10 fpi tube.A second test campaign is carried out with metallic foams. The first one is stochastic and in copper while the second one is regular and in alumina. Effective thermal conductivities are around 13.4 and 39.4 W/m/K respectively. The copper foam heat exchanger is shown to be better than a copper finned tube in terms of stored energy and thermal power, whereas only half the mass of the fins is used in the foam.Eventually a CFD numerical model is experimentally validated. This model shows that free convection inside the PCM is negligible on the overall thermal performances even though it modifies the solid/liquid interface shape locally
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Trigui, Abdelwaheb. "Analyse du transfert de chaleur dans les matériaux composites à changement de phase (MCP)". Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1040.
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A l'heure où chacun débat sur la protection de l'environnement et les diminutions de la consommation énergétique, de nouveaux matériaux apparaissent sur le marché. Les matériaux à changement de phase (MCP) présentent un avantage et une technologie qui serait avantageuse tant sur le plan écologique qu'économique. Ils peuvent apporter des avantages compétitifs (baisse de la consommation d'énergie, gain du confort dans la vie sociale, refroidissement de packaging électronique….etc). Les enjeux écologiques mondiaux donnent plus de légitimité et intérêt à l'utilisation des matériaux à changement de phase (MCP) dans plusieurs domaines (les biomatériaux, le bâtiment, les semi-conducteurs, composites…). Ce travail vise à mettre au point l'intégration de Matériaux à Changement de Phase (MCP) encapsulés/ou non encapsulés dans une matrice de polymère renforcée par des charges conductrices/ou non conductrices. La matrice peut être un thermoplastique ou un thermodurcissable. Le but est d'augmenter la conductivité effective et la vitesse de stockage/restitution de l'énergie sous forme de chaleur latente. La maîtrise du comportement thermique de ces matériaux passe par l'analyse fine de leurs propriétés thermophysiques. Il est donc indispensable de disposer d'outils expérimentaux adaptés pour caractériser ces matériaux. Nous avons donc fabriqué des échantillons « MCP » et conçu une plaque chaude gardée transitoire (PCGT), instrumentée de capteurs de température et de flux placés sur les deux faces de l'échantillon pour qu'ils soient sensibles aux variations des conditions aux limites thermiques contrôlées. La réponse thermique de ces échantillons à un cycle thermique de stockage-déstockage est présentée puis analysée. Les paramètres mesurés sont les conductivités thermiques et les chaleurs massiques dans les états solides et liquides, la température et la chaleur latente de changement de phase. Ces mesures fluxmétriques sont une source de données expérimentales très intéressante qui viennent compléter nos mesures calorimétriques de DSCPas de résumé en anglais
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Soupart-Caron, Adèle. "Stockage de chaleur dans les matériaux à changement de phase". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI078/document.
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Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCPThis PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM
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Belot, Malik. "Stockage de la chaleur dans un lit de particules à changement de phase". Thesis, Perpignan, 2018. http://www.theses.fr/2018PERP0065.
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La thèse porte sur la caractérisation des transferts thermiques dans les milieux fluide-particules, notamment en proposant un modèle décrivant le changement de phase au sein de particules sous écoulement fluide. Les transferts thermiques sont modélisés en prenant en compte l'influence de la résistance aux transferts externes (échanges avec le fluide) et internes (conduction à travers la particule et sa paroi, convection naturelle dans la phase liquide de la particule, changement de phase) à la particule. Les échanges externes avec le fluide sont pris en compte à l’aide de corrélations liant un nombre de Nusselt externe aux nombres de Reynolds et de Prandtl. La conduction interne est décrite à l’aide de solutions analytiques. L’effet de la convection naturelle a été étudié sur une particule isolée soumise à un gradient de température sous différents nombres de Rayleigh et de Prandtl permettant son déclenchement. Les résultats obtenus ont permis d’établir une corrélation reliant un nombre de Nusselt interne aux nombres de Prandtl et Rayleigh de la particule. Cette corrélation permet de recalculer l’évolution temporelle de la température moyenne de la particule en prenant en compte l’effet de la convection naturelle. Le changement de phase est décrit grâce à un modèle local basé sur l’approche « Phase Field » moyenné sur l’ensemble de la particule et validé par comparaison avec des résultats numériques et expérimentaux issus de la littérature. Enfin, le modèle complet et l’influence des phénomènes pris en compte sont testés sur un lit fixe de particules à l’échelle moyennée (Discrete Element Method–Computional Fluids Dynamics). La conduction et la convection interne donnent une quantité totale d’énergie stockée relativement similaire dans le lit à nombre de Biot égal, mais dont la distribution est différente. Le changement de phase tend à grandement densifier le stockage. Une augmentation du nombre de Biot tend à augmenter la quantité d’énergie stockée. Enfin, il est montré que les transferts sont dépendants de la distribution de porositéThis work intends to characterize heat transfer in fluid-particle flows, specifically when phase change occurs inside the particles. The proposed model takes into account the external heat resistance (heat transfer at the particle-fluid interface) and the internal heat resistance (conduction inside and at the wall of the particle, natural convection in the liquid phase of the particle, phase change). External transfer with the surrounding fluid is described by correlations linking an external Nusselt number to Reynolds and Prandtl numbers related to the surrounding fluid. Internal conduction is calculated thanks to analytical solutions. The influence of natural convection was studied on an isolated sphere for different combinations of Rayleigh and Prandtl numbers. A correlation between an internal Nusselt number, and particle Rayleigh and Prandtl numbers was established using these simulations. This correlation allows calculating the transient evolution of the average temperature of the particle when natural convection occurs. Phase change is taken into account by a Phase Field model averaged over the particle and validated by comparison with experimental and numerical studies from the literature. Finally, the whole model and the effects of the different phenomena it describes are tested on a fixed bed of particles at mesoscopic scale using a Discrete Element Method–Computional Fluids Dynamics (DEM-CFD) model. Internal conduction and natural convection gives similar quantities of total energy stored for the same Biot number, however heat transfer distribution is modified. Phase change greatly reduces the volume of storage. Increasing the Biot number leads to a greater amount of energy stored. Finally, heat transfer greatly depends on porosity distribution
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Schick, Vincent. "Caractérisation d’une mémoire à changement de phase : mesure de propriétés thermiques de couches minces à haute température". Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14280/document.
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Les mémoires à changement de phase (PRAM) développées par l’industrie de la microélectronique utilisent la capacité d’un materiau chalcogénure à passer rapidement et de façon réversible d’une phase amorphe à une phase cristalline. Le passage de la phase amorphe à la phase cristalline s’accompagne d’un changement de la résistance électrique du matériau. La transition amorphe vers cristallin est obtenue par un chauffage qui porte la cellule mémoires au delà de la température de transition du verre. Le verre ternaire de chalcogène Ge2Sb2Te5 (GST-225) est probablement le matériau amené à être le plus utilisé dans la prochaine génération de dispositifs de stockage de masse. La thermoréflectométrie résolue en temps (TDTR) et la radiométrie photothermique modulée (MPTR) sont utilisées ici pour étudier les propriétés thermiques des constituants des PRAM déposés sous forme de couche mince sur des substrats de silicium. Les diffusivités thermiques et les résistances thermiques de contact des films PRAM sont estimées. Ces paramètres sont identifiés en utilisant un modèle d’étude des transferts de chaleur basé sur la loi de Fourier et utilisant le formalisme des impédances thermiques. Ces mesures ont été effectuées pour des températures allant de 25 à 400°C. Les modifications de structure et de compositions chimiques causées par les hautes températures au cours des expériences sont aussi étudiées via des analyses par les techniques de DRX, MEB, TOF-SIMS et ellipsométrie.Les propriétés thermiques des GST - 225, isolants, électrodes de chauffage et électrodes métalliques mise en œuvre dans ce type de dispositif de stockage sont ainsi mesuré a l’échelle submicrométriqueThe Phase change Random Access Memories (PRAM), developed by semiconductor industry are based on rapid and reversible change from amorphous to crystalline stable phase of chalcogenide materials. The switching between the amorphous and the crystalline phase leads to change of the electrical resistance of material. The amorphous-to-crystalline transition is performed by heating the memory cell above the glass transition temperature (~130°C). The chalcogenide ternary compound glass Ge2Sb2Te5 (GST-225) is probably the candidate to become the most exploited material in the next generation of mass storage architectures. The Time Domain ThermoReflectance (TDTR) and the Modulated PhotoThermal Radiometry (MPTR) have been implemented to study the thermal properties of constituting element of PRAM deposited as thin layer (~100 nm) on silicon substrate. The thermal diffusivity and the Thermal Boundary Resistance of the PRAM film are retrieved. These parameters are identified using a model of heat transfer based on Fourier’s Law and the thermal impedance formalism. The measurements were performed in function of temperature from 25°C to 400°C. Structural and chemical changes due to the high temperature during the experimentation have been also investigated by using XRD, SEM, TOF-SIMS and ellipsometry techniques. The thermal properties of GST-225, insulator, heating and metallic electrode involved in these kind of storage devices were thus measured at a sub micrometric scale
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Laouini, Mariem. "Conception, simulation et mesures de différents circuits reconfigurables utilisant des commutateurs MEMS RF et des commutateurs à matériaux à changement de phase (PCM)". Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2023. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/15037a69-5484-4258-a2c0-9a2beb9183c1/blobholder:0/2023LIMO0020.pdf.
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Ce manuscrit représente les travaux de thèse qui traitent principalement la conception des commutateurs MEMS RF pour des circuits reconfigurables. Une solution qui résout le problème du phénomène de piégeage dans le diélectrique des commutateurs a été proposée en utilisant le diélectrique Ta/Ta2O5. Ce commutateur MEMS RF, fonctionnant à une fréquence de 20 GHz, a bien démontré un fonctionnement fiable sans l’apparition du phénomène de chargement du diélectrique. Il a également donné une grande valeur de capacité de 350 fF et un contraste capacitif élevé de 7. Ces composants ont été ensuite intégré dans la conception d’un déphaseur en réflexion qui utilise le coupleur hybride de Lange. Le déphaseur a garanti un déphasage de 180°, des faibles pertes d’insertion ainsi qu’une bonne isolation inférieure à -23 dB. D’autres commutateurs MEMS RF en Au/SiN ont également été employés dans la conception d’un déphaseur à 2 bits et un autre à 3 bits. Le déphaseur à 2 bits a démontré la possibilité d’avoir un déphasage régulier de 0°,96° et 186° avec un pas approximatif de 90°. Les commutateurs à matériaux à changement de phase PCM, conçus au sein de notre laboratoire XLIM, ont également été testés pour la conception d’un déphaseur. Ce dernier a pu atteindre les 180° déphasage avec un problème de pertes d’insertions assez conséquents. Un dernier projet qui portait sur la conception d’un Tuner d’impédance reconfigurable LC a été détaillé. Cet adaptateur d’impédance a été testé sur le transistor WolfSpeed CGH40010F et a démontré une bonne adaptation en sortie du transistor à la fréquence de travail de 5 GHz. La conception du Tuner ainsi que son intégration dans une carte PCB avec un substrat FR4 restent, cependant, des perspectivesThis manuscript represents the thesis work that mainly deals with the design of RF MEMS switches for reconfigurable circuits. A solution that solves the problem of trapping phenomenon in the dielectric of the switch has been proposed using Ta/Ta2O5 dielectric. This RF MEMS switch, operating at a frequency of 20 GHz, has showed reliable operation without the occurrence of the dielectric-trapping phenomenon. It also gave a high capacitance value of 350 fF and a high capacitive contrast of seven. These components are then integrated into the design of a reflective type phase shifter using the Lange hybrid coupler. The phase shifter guaranteed a 180° phase shift, low insertion losses as well as good isolation below -23 dB.Other RF MEMS switches, using Au/SiN actuation electrode, are used in the design of a 2-bit and a 3-bit phase shifter. The 2-bit phase shifter demonstrated the ability to have a smooth phase shift of 0°, 96° and 186° with an approximate step size of 90°. The PCM phase change materials switches, designed in our XLIM laboratory, were also tested for the design of a phase shifter. The conceived circuit was able to reach the 180° phase shift with, however, high insertion losses. In the last project, we detailed a design of an LC reconfigurable impedance tuner. This impedance adapter is tested on the WolfSpeed CGH40010F transistor and demonstrated a good matching at the output of the transistor at 5 GH. The design of the tuner and its integration into a PCB card on a FR4 substrate are still, however, a matter of concern
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Rigal, Sacha. "Stockage par matériaux à changement de phase de l’énergie thermique rejetée par l’industrie à basse température". Thesis, Pau, 2017. http://www.theses.fr/2017PAUU3003/document.
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Une grande quantité d’énergie est rejetée par l’industrie à bas niveau de température, en dessous de 200 °C. Afin d’améliorer le rendement énergétique global des procédés utilisés, il est envisageable de valoriser cette chaleur perdue appelée chaleur fatale. Cependant cette valorisation est souvent rendue difficile par la présence d’un décalage temporel entre le moment où l’énergie est rejetée et le moment auquel cette énergie pourrait être de nouveau utilisée. Associant de fortes capacités de stockage ainsi qu’une possible restitution d’énergie à température constante, la solution du stockage de l’énergie thermique par des Matériaux à Changement de Phase, appelés MCP, apparaît comme particulièrement attractive. Cependant, la mise en œuvre de ces systèmes de stockage se heurte à des verrous scientifiques et technologiques tant au niveau du matériau de stockage que du système mais également de son contrôle commande et de son insertion dans les procédés industriels.L’objectif de la thèse est de mettre au point un système de stockage par MCP solide-liquide dans deux gammes de température : 70-85 °C et 120-155 °C. La première correspond aux températures des réseaux de chaleurs ou des chauffages domestiques alors que la deuxième s’applique au préchauffage des procédés industriels déjà existants. La thèse vise à démontrer la faisabilité technique du système de stockage. Le travail s’articule autour de différentes tâches allant de la sélection et la caractérisation des MCP jusqu’à leur mise en œuvre dans un organe de stockage et la simulation numérique de la solution de stockage.Les MCP recensés dans la bibliographie à ces niveaux de températures ont été caractérisés finement par calorimétrie (DSC) afin de déterminer leurs propriétés thermo-physiques sur des échantillons de grade laboratoire. L’acide stéarique pour la gamme 70-85 °C et l’acide sébacique pour la gamme 120-155 °C ont été sélectionnés. Des analyses calorimétriques plus poussées sur le grade industriel de ces matériaux ont été réalisées avec notamment des analyses de vieillissement et de compatibilité avec leur encapsulation respective au sein d’un banc expérimental. Le prototype expérimental de stockage thermique a été dimensionné et conçu pour répondre aux sollicitations simulant les rejets et les demandes d’un procédé industriel. Ce banc d’essais est composé principalement de deux organes de stockage que sont une cuve cylindrique et un échangeur multitubulaire et d’un thermorégulateur servant à simuler le fonctionnement du procédé industriel. Dans l’échangeur multitubulaire, le MCP occupe toute le volume de la calandre tandis que le fluide caloporteur circule dans les tubes. La cuve, quant à elle, contient des capsules sphériques en polyoléfines dans lesquelles le MCP est confiné. Elle est traversée par le fluide caloporteur procédant aux échanges thermiques. Ces capsules sphériques appelées nodules ne peuvent supporter plus de 100 °C et sont exclusivement réservées pour la gamme basse température. Ainsi, l’acide stéarique a été confiné dans les nodules afin de remplir la cuve de stockage. L’acide sébacique a lui été intégré dans la calandre de l’échangeur multitubulaire. Les campagnes expérimentales réalisées ont montré la faisabilité de ces types de stockage. Enfin, un modèle numérique simulant les performances du module de stockage utilisant les MCP encapsulés a été réalisé. Il constitue la première étape d’un outil de simulation complet intégrant les briques technologiques du stockage latentA large amount of energy is rejected by the industry at low temperature level, below a temperature of 200 °C. In order to improve the overall energy efficiency of industrial processes, it is possible to re-use this waste heat. However, this energy recovery is often made difficult because of the time difference between the process step at which the energy is lost and the process step at which this energy could be reused. Combining high energy storage capabilities and a possible energy recovery at constant temperature, thermal storage solution by phase change materials (PCM) is particularly attractive. However, this storage systems implementation faces scientific and technologic obstacles concerning both the storage material and system but also its command system and its integration into industrial processes.This thesis aims to develop a thermal energy storage system using a solid-liquid PCM technology in two temperature ranges: 70-85 °C and 120-155 °C. The first one corresponds to temperatures of heating networks or domestic heating systems, while the second one could directly preheat existing industrial processes. The thesis aims to demonstrate the technical feasibility of the storage system. The purpose is divided into different tasks such as PCMs selection and characterization, PCM implementation in a storage system but also numerical simulation of the storage solution.PCM documented in the literature at those temperature ranges were characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC) in order to determine thermo physical properties on laboratory grade samples. Stearic acid for the 70-85 °C temperature range and sebacic acid for the 120-155 °C temperature range were selected. Deeper differential scanning calorimetry analyses were carried out on those industrial grade materials including material ageing process analyses and their compliance with their respective encapsulation within an experimental test bench.Thermal storage experimental prototype was designed in order to meet the demands simulating the rejects and needs of industrial processes. The test bench is mainly composed of two storage systems : a cylindrical tank, a multitubular exchanger and a thermoregulator used to simulate industrial process functioning. The PCM, while in the multitubular exchanger, fills up the whole volume of the shell whereas the heat transfer fluid flows in tubes. The tank, for its part, contains polyolefin spherical capsules in which the PCM is contained. The tank is crossed by the heat transfer fluid conducting heat exchanges. Those spherical capsules called nodules cannot be exposed to temperatures exceeding 100 °C and are exclusively reserved for the low temperatures range. Thus, stearic acid was confined in nodules so as to fill the storage tank. The sebacic acid was incorporated in the multitubular exchanger shell. Experimental campaigns carried out have demonstrated the feasibility of those storage types
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Rakotondrandisa, Aina. "Modélisation et simulation numérique de matériaux à changement de phase". Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR051/document.
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Nous développons dans ce travail de thèse un outil de simulation numérique pour les matériaux à changement de phase (MCP), en tenant compte du phénomène de convection naturelle dans la phase liquide, pour des configurations en deux et trois dimensions. Les équations de Navier-Stokes incompressible avec le modèle de Boussinesq pour la prise en compte des forces de flottabilité liées aux effets thermiques, couplées avec une formulation de l’équation d’énergie suivant la méthode d’enthalpie, sont résolues par une méthode d’éléments finis adaptatifs. Une approche mono-domaine, consistant à résoudre les mêmes systèmes d’équations dans les phases solide et liquide, est utilisée. La vitesse est ramenée à zéro dans la phase solide, en introduisant un terme de pénalisation dans l’équation de quantité de mouvement, suivant le modèle de Carman-Kozeny, consistant à freiner la vitesse à travers un milieu poreux. Une discrétisation spatiale des équations utilisant des éléments finis de Taylor-Hood, éléments finis P2 pour la vitesse et éléments finis P1 pour la pression, est appliquée, avec un schéma d’intégration en temps implicite d’ordre deux (GEAR). Le système d’équations non-linéaires est résolu par un algorithme de Newton. Les méthodes numériques sont implémentées avec le logiciel libre FreeFem++ (www.freefem.org), disponible pour tout système d’exploitation. Les programmes sont distribués sous forme de logiciel libre, sous la forme d’une forme de toolbox simple d’utilisation, permettant à l’utilisateur de rajouter d’autres configurations numériques pour des problèmes avecchangement de phase. Nous présentons dans ce manuscrit des cas de validation du code de calcul, en simulant des cas tests bien connus, présentés par ordre de difficulté croissant : convection naturelle de l’air, fusion d’un MCP, le cycle complet fusion-solidification, chauffage par le bas d’un MCP, et enfin, la solidification de l’eauIn this thesis we develop a numerical simulation tool for computing two and three-dimensional liquid-solid phase-change systems involving natural convection. It consists of solving the incompressible Navier-Stokes equations with Boussinesq approximation for thermal effects combined with an enthalpy-porosity method for the phase-change modeling, using a finite elements method with mesh adaptivity. A single-domain approach is applied by solving the same set of equations over the whole domain. A Carman-Kozeny-type penalty term is added to the momentum equation to bring to zero the velocity in the solid phase through an artificial mushy region. Model equations are discretized using Galerkin triangular finite elements. Piecewise quadratic (P2) finite-elements are used for the velocity and piecewise linear (P1) for the pressure. The coupled system of equations is integrated in time using a second-order Gear scheme. Non-linearities are treated implicitly and the resulting discrete equations are solved using a Newton algorithm. The numerical method is implemented with the finite elements software FreeFem++ (www.freefem.org), available for all existing operating systems. The programs are written and distributed as an easy-to-use open-source toolbox, allowing the user to code new numerical algorithms for similar problems with phase-change. We present several validations, by simulating classical benchmark cases of increasing difficulty: natural convection of air, melting of a phase-change material, a melting-solidification cycle, a basal melting of a phase-change material, and finally, a water freezing case
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Moumni, Ziad. "Sur la modélisation du changement de phase solide : application aux matériaux à mémoire de forme et à l'endommagement fragile partiel". Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529370.
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La modélisation de certains matériaux solides nécessite la prise en compte des effets de changement de phase. Dans ce travail, un modèle d'un matériau solide présentant ce phénomène est proposé. Le changement de phase y est décrit par des variables internes qui représentent les proportions de phase. A partir de leur définition et du fait que ces variables ne sont pas indépendantes de la déformation macroscopique, le modèle considéré rentre dans le cadre des matériaux standards généralisés avec des variables d'état liées. Une extension de la méthode des deux potentiels en présence des liaisons internes est proposée. Par souci de clarté, la présentation est donnée suivant le formalisme des multiplicateurs de Lagrange. Les équations d'état sont écrites en fonction du lagrangien associé. L'évolution des variables internes irréversibles est obtenue par les lois complémentaires. La possibilité de considérer le changement de phase réversible ou irréversible est discutée d'une manière générale. Le problème de la stabilité du matériau est aussi examiné et met en lumière l'important rôle de l'énergie d'interaction entre les phases. Comme applications, le modèle en question est d'abord utilisé pour décrire le comportement des matériaux à mémoire de forme, ensuite il est appliqué comme un modèle d'endommagement fragile partiel quand l'endommagement est interprété comme étant un changement de phase irréversible. Enfin, un programme de calcul par éléments finis est écrit afin de simuler ce comportement.
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Cappella, Andrea. "Caractérisation thermique à haute température de couches minces pour mémoires à changement de phase depuis l'état solide jusqu'à l'état liquide". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14500/document.
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Ces travaux de thèse portent sur la caractérisation thermique à l’échelle micrométrique d’un alliage à base de tellure lorsque ce matériau se trouve à l’état fondu, à haute température. À cette fin, une cellule innovante d’emprisonnement du matériau fondu a été conçue, et mise en place. Des structures de tellure au volume du microlitre ont été déposées sur un substrat de silicium et recouverts par la suite d’une couche de protection capable de les emprisonner dans une matrice : silice amorphe et alumine amorphe. La technique de la Radiométrie Photothermique Modulée a été utilisée pour étudier les propriétés thermiques de ce type de cellules et de ces constituants. La résistance thermique de dépôt a été ainsi estimée en utilisant un modèle d’étude des transferts de la chaleur utilisant le formalisme des impédances thermiques. Ceci nous a permit dans le cas de l’alumine amorphe de déterminer sa conductivité thermique et la résistance thermique de contact avec le substrat jusqu’à 600°C. Un long processus de conception, de mesure et d’analyse a été nécessaire afin d’obtenir une cellule capable de résister aux contraintes des hautes températures. À l’heure actuelle seule la caractérisation thermique jusqu’à 300°C a été possible à cause de l’instabilité mécanique de ce dépôt hétérogène. Ceci a été confirmé par des caractérisations physico-chimiques par techniques XRR, XRD et SEMThis thesis is devoted to the thermal characterization of molten materials, namely chalcogenide glass-type tellurium alloys, at the micrometer scale. An experimental setup of Photothermal Radiometry (PTR), formerly developed for solid state measurements, has been adapted for this purpose. Using MOCVD technique, a random lattice of sub-micrometric tellurium alloy structures is grown on a thermally oxidized silicon substrate. These structures are then embedded in a protective layer (silica or alumina) to prevent evaporation during melting. Measurements are then performed from room temperature up to 650°C. SEM and XRD measurements performed after annealing show that these samples withstand thermal stress only up to 300°C. The coating’s thermal boundary resistance is estimated by a heat transfer model based on the thermal impedance formalism. Moreover, the thermal conductivity and thermal boundary resistance of thin amorphous alumina by low temperature ALD are measured from the room temperature to 600°C
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Gong, Wei. "Heat storage of PCM inside a transparent building brick : Experimental study and LBM simulation on GPU". Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0063/document.
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A présent, les bâtiments résidentiels et commerciaux sont en phase de devenir le secteur le plus consommateur d’énergie dans de nombreux pays, comme par exemple en France. Diverses recherches ont été menées de manière à réduire la consommation énergétiques des bâtiments et augmenter leur confort thermique. Parmi tous les différentes approches, la technologie du stockage de chaleur latent se distingue par une très bonne capacité à stocker la chaleur afin de réduire les écarts entre la disponibilité et la demande d’énergie. Dans le cadre de l’un de nos projets, nous avons l’intention d’intégrer au design des murs des bâtiments un type de brique transparente remplie de matériaux à changement de phase (MCP). Les MCP à l’intérieur de la brique sont soumis à des changements de phase liquide-solide. Cette thèse s’attaque à la problématique du processus de fusion au sein de la brique. Au cours de cette thèse, une méthode expérimentale non-intrusive a été développée afin d’améliorer les techniques expérimentales existantes. La vélocimétrie des images des particules (VIP) et la fluorescence induite par laser (FIL) ont été couplées pour étudier la convection naturelle et la distribution de la température. Puisqu’aucun thermocouple n’a été inséré au sein de la brique, le processus de la fusion a été considéré sans perturbation. Les résultats montrent que cette conception expérimentale a un avenir prometteur, même si elle reste à améliorer. Par la suite, nous présentons deux simulations numériques. Ces simulations se fondent sur la méthode de Boltzmann sur réseau à temps de relaxation multiple (LBM MRT), employée pour résoudre le champ de vitesse, et sur la méthode de différences finies, pour obtenir la distribution de la température. La méthode d’enthalpie a quant à elle été utilisée pour simuler le changement de phase. Les simulations en deux dimensions et trois dimensions ont toutes deux été réalisées avec succès. Point important, ces simulations numériques ont été développées en langage C pour tourner spécifiquement sur un processeur graphique (GPU), afin d’augmenter l’efficacité de la simulation en profitant de la capacité de calcul d’un GPU. Les résultats des simulations concordent bien avec les résultats de nos expériences et avec les résultats analytiques publiésThe domestic and commercial buildings are currently becoming the major sector that consumes the biggest share of the energy in many countries, for example in France. Various researches have been carried out in order to reduce the energy consumption and increase the thermal comfort of builds. Among all the possible approaches, the latent heat storage technology distinguishes itself because of its excellent heat storage ability which can be used to efficiently reduce the discrepancy between the energy consumption and supply. In one of our project, we intend to integrate a type of transparent brick filled with phase change material (PCM) into the buildings' wall design. The PCM inside the brick undergoes the solid-liquid phase change. This dissertation addresses the important issues of the melting process inside the brick. In this dissertation, a non-intrusive experimental method was proposed to improve the existing experiment technique. The particle image velocimetry (PIV) and the laser-induced fluorescence (LIF) were coupled to investigate the natural convection and the temperature distribution. Because there was no thermocouple installed inside the brick, the melting process was thus considered to be less impacted. The results showed that this experimental design has a promising future, yet still needs to be improved. Two sets of efficient numerical simulations were also presented in this dissertation. The simulations were based on the thermal lattice Boltzmann method (TLBM), where the natural convection got solved by the LBM and the temperature equation was solved by the finite difference scheme. The enthalpy method was employed to simulate the phase change. Both the 2-dimensional and 3-dimensional configurations were successfully simulated. Moreover, the simulation programs were specifically developed - using the C language - to be run on the graphic processing unit (GPU), in order to increase the simulation efficiency. The simulation results demonstrated a good agreement with our experimental results and the published analytical results
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Beust, Clément. "Modélisation multi-échelles d’un système de stockage thermique de vapeur par Matériau à Changement de Phase (MCP)". Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3029.
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Dans un procédé industriel dans lequel de la vapeur intervient, l’intégration d’une solution de stockage de vapeur permet de découpler sa production de son utilisation ; cela permet de réaliser des économies d’énergie, ou bien de valoriser l’énergie thermique d’un effluent de vapeur autrement perdu. Le stockage de vapeur est par ailleurs crucial pour les centrales solaires thermiques à génération directe de vapeur. Ce travail porte sur la modélisation d’un système de stockage de vapeur par Matériau à Changement de Phase (MCP) de type tubes-calandre. Ces systèmes stockent l’énergie thermique de la vapeur via la chaleur latente de changement de phase solide-liquide d’un matériau dit MCP. Les transferts de chaleur dans un module de stockage sont souvent influencés par les mouvements de convection naturelle du MCP liquide pendant la fusion ou la solidification. La prédiction des performances thermiques d’un module requiert de simuler ces mouvements à l’aide d’un modèle de mécanique des fluides numériques (Computational Fluid Dynamics ou CFD) à maille fine, dont les temps de calculs sont incompatibles avec les besoins du dimensionnement. L’objectif de ce travail est de développer un modèle de dimensionnement et de prédiction des performances d’un module de stockage, qui tienne compte des phénomènes physiques d’échelle fine tout en permettant des temps de calcul raisonnables. L’approche de modélisation est multi-échelles : deux modèles de finesses différentes sont utilisés, à savoir un modèle CFD fin du MCP, et un modèle système d’un module.Le modèle CFD se fonde sur l’approche enthalpie-porosité de Voller, qui permet de simuler en 3D le changement de phase solide-liquide, en tenant compte des mouvements du MCP en phase liquide. La sensibilité du modèle à plusieurs de ses paramètres caractéristiques du changement de phase est étudiée, sur deux cas d’étude pour lesquels les mouvements de convection naturelle sont d’intensités différentes. Les effets d’influence croisée des paramètres sont mis en évidence. La comparaison à des résultats expérimentaux permet de dégager des préconisations pour l’utilisation du modèle. Les valeurs de la chaleur latente et de la plage de température du changement de phase du MCP s’avèrent fondamentales pour les deux cas étudiés, ce qui souligne l’importance de caractériser précisément le MCP pour la simulation numérique du changement de phase solide-liquide. La constante de zone pâteuse, qui détermine le taux de freinage de l’écoulement de liquide au niveau du front de fusion ou de solidification, a une influence différente selon le cas d’étude, aussi bien du point de vue de la tendance suivie par les résultats que de la valeur optimale à adopter. Il est ainsi préconisé de caler ce paramètre sur des résultats expérimentaux, lorsque cela est possible.Le modèle système représente l’écoulement 1D d’eau liquide / de vapeur dans les tubes d’un module, et les transferts de chaleur et le changement de phase dans le MCP à l’extérieur des tubes. Le MCP y est représenté par un modèle de conduction pure avec conductivité équivalente. Le modèle CFD est utilisé pour simuler un module de stockage prototype, installé au CEA Grenoble, avec tubes à ailettes segmentées ; le MCP est du nitrate de sodium (point de fusion : 305°C). Les résultats CFD permettent d’obtenir une loi d’échange thermique 1D entre le tube et le MCP, qui tient compte des échanges convectifs, et de l’intensification des transferts par les ailettes et les inserts conducteurs disposés dans le MCP. Cette loi est utilisée pour calculer une conductivité équivalente du MCP pour le modèle système. La méthodologie de modélisation est validée sur des essais de charge du module prototype (fusion du MCP et condensation de vapeur). Le modèle système reproduit correctement le taux de charge transitoire prédit par le modèle CFD, ainsi que celui mesuré expérimentalement, pour un temps de calcul 10 à 90 fois plus faibleIn an industrial process where steam is employed as a heat carrier, the integration of a steam storage solution allows to make the production of steam independent of its usage. Steam storage technologies can be used to decrease the energy consumption of the process, or to valorize waste heat from steam flows. Steam storage is also crucial for thermal solar power plants with direct steam generation. This work presents a model of a shell-and-tube steam storage system using Phase Change Material (PCM). These systems store the thermal energy of steam through the latent heat of the solid-liquid phase change transition of a material called PCM. The heat transfers in a storage module are often influenced by the natural convection flow of the liquid PCM during fusion and solidification. Predicting the thermal performances of a module can only be done by simulating this flow with a Computational Fluid Dynamics (CFD) numerical model with a fine mesh, whose computational times are too high for engineering needs. The goal of this work is to develop a model for the design and the performance prediction of a storage module, which takes into account the fine physical phenomena while having reasonable computational times. A multi-scale modelling approach is adopted: both a fine CFD model of the PCM and a system model of a storage module with a coarser mesh are employed.The CFD model is based on the enthalpy-porosity approach, which allows 3D simulation of solid-liquid phase change, and takes into account the movements of the liquid PCM. The sensitivity of the model to several parameters which characterize the phase change is studied, on two case studies where the natural convection flows has different amplitudes. The crossed influences of the parameters are identified. The comparison to experimental results allows to emit good practices for the use of the model. The values of the latent heat and of the temperature interval where the phase change takes place appear to be fundamental for both cases; this shows that the precision of the PCM characterization is very important for the numerical simulation of solid-liquid phase change. The mushy zone constant, which governs the damping of the liquid flow in the vicinity of the fusion or solidification front, has a different effect on the results and a different optimal value depending on the case study. Therefore, it is recommended to fit the value of this constant on experimental data, whenever such data are available.The system model represents the 1D liquid water / steam two-phase flow in the tubes of a module, and the heat transfers and the phase change in the PCM outside the tubes. The PCM is represented by a purely conductive model with an equivalent conductivity. A prototype storage module with segmented fins, installed at CEA Grenoble, is simulated with the CFD model; sodium nitrate is used as PCM (phase change temperature: 305°C). A 1D law for the heat transfer between the tube and the PCM is obtained from the CFD results; this law takes into account the convective heat transfer, and the heat transfer enhancement by the fins and the conductive inserts that are disposed in the PCM. An equivalent conductivity of the PCM in the system model is computed from the law. The modelling methodology is validated on charge tests from the prototype module (PCM fusion and steam condensation). The system model correctly reproduces the transient heat transfer rate to the PCM that the CFD predicts and the one measured experimentally, while allowing 10 to 90 times shorter computational times
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Wu, Jing. "Modélisation dynamique d’un système couplé pompe à chaleur – stockage thermique par matériaux à changement de phase : approche systémique et validation expérimentale". Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10167/document.
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Dans le domaine de la réfrigération des bâtiments, le couplage d'une pompe à chaleur (PAC) avec un stockage d'énergie thermique est un moyen significatif pour en réduire le coût de fonctionnement énergétique et pour mieux dimensionner les équipements. Un prototype de ce système couplé avec un stockage thermique par MCP (Matériaux à Changement de Phase) est construit et mis en oeuvre dans le cadre du projet ANR ACLIRSYS (Commande avancée des systèmes de réfrigération à faible inertie). L'objectif de cette thèse est d'en proposer un modèle dynamique en vue de sa commande. Dans les échangeurs de la PAC, le fluide frigorigène peut être vapeur, liquide ou un mélange des deux tandis que le MCP du stock peut être solide, liquide ou un mélange des deux. Par conséquent, un modèle de type hybride est nécessaire pour tenir compte des différentes configurations possibles afin de résoudre les équations de bilan de masse et d'énergie dont les expressions diffèrent en fonction de ces configurations. Dans ce travail, des modèles statiques sont utilisés pour le compresseur et le détendeur de la PAC, et les modèles des échangeurs de la PAC et du stock sont basés sur une représentation des écoulements par une cascade de Réacteurs Parfaitement Agités Continues (RPAC). Le mécanisme de commutation entre les diverses configurations est conçu pour garantir la continuité de l'évolution simulée du système. Cette commutation est effectuée par des opérations matricielles, ce qui permet d'aboutir à une représentation globale et très compacte du système. Les propriétés thermodynamiques du fluide frigorigène et leurs dérivées partielles sont déterminées de façon analytique à l'aide d'une équation d'état. Deux versions du modèle du stock sont proposées. Une version simplifiée du modèle de surfusion et une version plus détaillée basée sur la méthode des bilans de population. Des données expérimentales recueillies sur le prototype ont permis de valider le modèle développé. Des expérimentations en régime transitoire ont été réalisées en faisant varier les conditions opératoires. Ces données concernent le fonctionnement de la PAC seule, du stock seul et du système couplé. Un bon accord a été obtenu entre les résultats numériques et les données expérimentalesIn the area of buildings refrigeration, the use of thermal energy storage coupled with heat pump is a significant way for reducing the operating costs and optimizing the design of equipment. A prototype of refrigeration-PCM (Phase Change Material) energy storage system is built and implemented within the framework of the project ACLIRSYS (Advanced Control for Low Inertia Refrigeration Systems), funded by the French National Research Agency. The objective of my PhD thesis is to propose a dynamical physical model for the complete system. Within the evaporator and condenser of the heat pump, the refrigerant can be liquid, vapor or mixture of both, while the storage media can be solid, liquid or a mixture of both. Therefore, it is necessary to consider the discrete events associated to phase changes in order to solve the energy and mass balances in different configurations. In this work, static models are used for the compressor and the expansion valve of the heat pump. The heat exchangers of the heat pump and the storage models are based on a representation of the fluid flows by a cascade of Continuous Stirred Tank Reactors (CSTRs). In order to assure the continuity of system evolution, the switching mechanism between different configurations is established. This switching is performed by matrix operations, which permit to achieve a global and very compact representation of the system. The thermodynamic properties of the refrigerant and their partial derivatives are analytically determined by using an equation of state. Two versions of the model for the storage are proposed. A simplified version where the supercooling is assumed to take place at a constant temperature and a more detailed version based on the population balance equations. Experimental data from the prototype has been used to validate the developed model. Experiments in transient states were performed by varying the operating conditions. These date relate to the functioning of the heat pump alone, the storage alone and the coupled system. A very good agreement between the numerical results and experimental data was obtained
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Seck, Cheikh. "Analyse et modélisation du comportement thermique d'un système de préchauffage d'air neuf pour l'habitat, intégrant un matériau à changement de phase". Thesis, Artois, 2010. http://www.theses.fr/2010ARTO0204.
Texto completoResumen
L'objectif de cette thèse est d'étudier un système énergétique intégré dans l'enveloppe des bâtiments permettant de préchauffer l'air neuf.L'originalité du travail repose sur le fait que ce mur est équipé de matériau à changement de phase (MCP).Celui-ci a pour rôle de stocker l'énergie solaire captée en façade puis de la déstocker en préchauffant l'air neuf de ventilation. Notre étude est constituée de deux grandes phases, une phase expérimentale et une phase numérique.La phase expérimentale consiste à effectuer des essais en laboratoire, afin de connaître le comportement du système étudié sous sollicitations thermiques. Ces essais ont été réalisés grâce à un prototype du mur, instrumenté et installé entre deux cellules avec des conditions climatiques contrôlées.Le but de la phase numérique est de mettre en place un modèle ID permettant de simuler le comportement thermique du mur et en particulier celui du MCP. Ce modèle a été validé en comparant les résultats numériques avec ceux obtenus expérimentalement.Pour modéliser le changement de phase nous avons utilisé les paramètres thermophysiques du matériau obtenu par caractérisation expérimentale réalisée dans notre laboratoire. Nous avons ensuite utilisé la méthode de la capacité variable pour simuler le comportement de la paroi stockeuse du mur. Dans la dernière partie du travail numérique le modèle a été utilisé afin de montrer l'influence de quelques paramètres permettant d'optimiser les gains énergétiques.La simulation dynamique du système a été effectuée grâce au logiciel TRNsys, qui nous a permis d'effectuer des bilans énergétiques et d'estimer l'efficacité du système pour des climats variésThe objective of this thesis is to study an integrated energy system in the building envelope for fresh air preheating. The originality of the work is that the wall is equipped with phase-change material (MCP) packed into briquettes. The main role ofthe wall is to preheat the fresh air (coming from outside) by destocking the solar energy captured in sunny periods.Our study consists of two phases, an experimental phase and a numerical one. The experimental phase involves a series of tests that allow studying the thermal behaviour of the system under thermal stress. These tests were done in laboratory through a prototype of the wall which is instrumented and installed between two airconditioned cells.The purpose of the numerical phase is to develop a one-dimensional model to simulate the thermal behaviour of the wall and especially that of MCP. This model has been validated by comparing numerical results with those obtained experimentally. To model the phase changing we used the thermophysical parameters of the same material obtained by experimental characterization conducted in our laboratory.We used a variable capacity method whose principle is to vary the heat capacity as a function of temperature in order to simulate the phase changing of the wall. The last part of the numerical work is the exploitation of the model, the aim is to determine the optimal configuration of the wall that provides maximum energy savings. Dynamic simulation of the system was performed using the TRNSYS. This one is equipped with weather files which allow carrying out heat balances and the estimation of the system efficiency for various climates
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Canvel, Yann. "Etude du procédé de gravure de l'alliage Ge-Sb-Te pour les mémoires à changement de phase". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY017.
Texto completoResumen
Les mémoires ont très largement gagné en notoriété ces dernières années et sont désormais incontournables dans tous les systèmes électroniques avec lesquels nous interagissons dans la vie quotidienne. Pour pallier les limitations technologiques des mémoires traditionnelles, de nombreux acteurs industriels ont orienté leur développement vers les Mémoires à Changement de Phase (PCM). Le fonctionnement de cette technologie émergente repose principalement sur les propriétés d’un alliage chalcogénure type Ge-Sb-Te (GST). Selon la composition chimique du matériau GST, les caractéristiques de la mémoire adressent différents marchés. Il est donc impératif que le matériau GST demeure intègre au cours des étapes d’élaboration de la cellule mémoire afin de satisfaire aux performances attendues. C’est un point critique à prendre en compte dans le procédé de fabrication du composant.L’objectif de cette thèse est de comprendre les interactions matériau – environnement susceptibles de menacer la stabilité chimique du GST et de proposer des solutions pour s’opposer aux effets les plus néfastes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’impact de la gravure plasma sur le matériau GST par l’étude comparative de trois chimies halogènes à base de HBr, Cl2 et CF4. Grâce aux résultats complémentaires des techniques XPS, PP-TOFMS et AFM, nous avons montré que la gravure HBr permet de minimiser les modifications chimiques et morphologiques de la surface du GST. Dans un second temps, nous avons cherché à comprendre comment le matériau GST réagissait aux différents procédés intervenant après l’étape de gravure. Il a été démontré que l’exposition du GST à un environnement oxydant (plasma O2 ou air) induit une oxydation critique détériorant les propriétés de changement de phase du matériau. De plus, le traitement chimique utilisé pour nettoyer les flancs de la structure PCM élimine sélectivement l’oxyde de GST et peut, en conséquence, altérer la morphologie des cellules mémoires. Pour éviter ces effets, nous avons proposé plusieurs solutions de procédé plasma capables de préserver la composition chimique du GST au cours du procédé d’élaboration de la structure PCM. En particulier, nous avons pu tirer profit des avantages que constitue l’ajout de CH4 dans le plasma. Il contribue à créer une couche de passivation lors de la gravure du GST ou est utilisé comme précurseur d’un dépôt de protection. Le développement d’une chimie de gravure alternative en H2-N2-Ar a également été abordé et représente une perspective intéressanteMemories have gained a lot of influence through these last years and are present in all electronic systems used in our daily life. To address the limitations of the traditional memory technologies, many industries are dedicating their researches to the development of the Phase-Change Memories (PCM). This emerging technology mainly uses the properties of a Ge-Sb-Te based-chalcogenide alloy (GST). The memory characteristics may change according to the GST chemical composition. This is a critical point to carefully consider for the manufacturing process of the component. Indeed, it is crucial to preserve as much as possible the GST integrity all along the patterning steps of the memory cell in order to preserve the device performances.This thesis work aims at understanding the material – environment interactions likely to impact the GST chemical stability and propose some improvements to the processes that are detrimental for the material. Firstly, we have focused on the plasma etching effects on the GST alloy through the comparative study of three halogen chemistries, HBr, Cl2 et CF4. Thanks to the complementary results from XPS, PP-TOFMS and AFM measurements, the HBr chemistry was identified as the best etching strategy for limiting damages at the GST surface. Secondly, we have investigated the GST interactions with the different environments implemented during the subsequent fabrication processes. The GST exposition to an oxidizing environment (O2 based-plasma or air) induces a critical oxidation damaging the phase-change properties. Besides, the chemical treatment used to clean the PCM sidewalls removes selectively the GST oxide and, consequently, can modify the memory cell morphology. To prevent these effects, several plasma solutions are suggested in order to maintain the chemical stability of the GST material during the PCM patterning process. In particular, knowing the benefits of a CH4 plasma, we propose to either integrate it into a passivating etching process or to use it as a precursor promoting a protection layer. The development of an alternative etching chemistry in H2-N2-Ar has also been discussed and opens an interesting perspective
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Bouzid, Assil. "First-principles investigation of binary and ternary amorphous chalcogenide systems". Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAE029/document.
Texto completoResumen
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d'études théoriques ayant pour but l’établissement de la structure des chalcogénures binaires et ternaires sous différentes conditions thermodynamiques. Des techniques de modélisation numérique ab-initio ont été employées. En particulier, nous avons utilisé la dynamique moléculaire par premiers principes selon l’approche de Car et Parrinello ainsi que sa version dite "deuxième génération". La première partie est consacrée à l’étude des chalcogénures binaires, notamment les verres GeSe2 et GeSe4 sous pression ainsi qu'à l’étude des effets des forces de van der Waals et des fonctionnelles d’échange et corrélation DFT sur la structure de l’amorphe GeTe4. Dans la deuxième partie, l’intérêt a été porté à l’étude d'un matériau à changement de phase récemment proposé par les expérimentateurs comme un bon candidat pour le stockage de données, le ternaire Ga4Sb6Te3This thesis reflects efforts toward an accurate understanding of the atomic scale structure of chalcogenide glasses. These compounds have an impact on electronics, optoelectronics and memory devices. I resorted to the most advanced first-principles molecular dynamics simulations such as the standard Car-Parrinello method as well as its second generation version. In the first part of this thesis we provide a detailed study of the topological changes undergone under pressure by glassy GeSe2 and by glassy GeSe4. Structural transition and bonding features are described and compared to the results of neutron and X-ray diffraction experiments. Furthermore, in the case of glassy GeTe4 we demonstrated that the inclusion of van der Waals forces leads to substantial improvements in the description of the structure. In the second part of this thesis, we established the atomic-scale organization of a promising candidate for phase change memory applications, glassy Ge4Sb6Te3
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Osswald, Véronique. "Intensification des transferts dans les procédés de changement de phase des coulis : Application aux hydrates de CO2 pour la réfrigération secondaire". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPAST015.
Texto completoResumen
Le froid, utilisé dans de nombreux secteurs (industrie agroalimentaire, chimie, le médical, le transport ou l'habitat) représente 20 % de la consommation électrique nationale L'utilisation des coulis d'hydrates de CO2 comme fluides frigoporteurs dans le procédé de réfrigération secondaire permet de réduire l'impact environnemental des systèmes frigorifiques. Ces fluides ont une densité énergétique importante grâce à leur chaleur latente de changement de phase élevée (500 kJ.kg-1hydrates) et leur température de changement de phase peut être ajustée dans une large gamme (273 - 298 K). Les hydrates sont des cristaux, semblables à la glace, composés d'eau et emprisonnant des molécules invitées. La compréhension et la maitrise de la cinétique de cristallisation des hydrates restent des verrous scientifiques. La première limite est liée à la cinétique lente de cristallisation des hydrates de CO2 et la seconde à la rapide tendance à agglomérer des hydrates en écoulement. Cette thèse met en œuvre différentes méthodes de caractérisation de la cinétique de formation. En s'appuyant sur une approche de bilan de matière et de chaleur lors de la cristallisation, une mise en lumière des paramètres clés a été réalisée pour améliorer les transferts. Un dispositif original a été conçu pour la mesure du transfert de chaleur lors de la cristallisation. Une étude paramétrique de l'effet de la quantité de CO2 dans le système, de la nature du mobile d'agitation et de la vitesse d'agitation a été réalisée afin d'identifier les meilleurs moyens d'intensification. Enfin des mesures spécifiques du transfert de matière du CO2 de la phase vapeur à la phase liquide ont permis de déterminer le kLa obtenus selon les paramètres d'intensification retenusCold is used in many sectors (food industry, chemicals, medical, transport or housing) and contributes up to 20% of the French electricity consumption. CO2 hydrate slurries can be used as secondary refrigeration fluids to reduce the environmental impact of refrigeration systems. These fluids have a high energy density thanks to their high latent heat of phase change (500 kJ.kg-1hydrates) and their phase change temperature can be adjusted over a wide range (273 - 298 K). Hydrates are ice-like crystals composed of water and containing guest molecules. Understanding and controlling hydrate crystallization kinetics are still scientific keys. One limitation is linked to the slow kinetics and the other to the rapid trend for hydrates to agglomerate during flow. This thesis investigates different methods for formation kinetics characterizing. Based on a mass and heat balance approach and evaluated during crystallization, the key parameters were highlighted to enhance transfers. An original device was designed to measure heat transfer during crystallization. A parametric study of the effect of CO2 amount inside the reactor, the stirrer type and the stirring speed was carried out in order to identify the most suitable enhancement methods. Finally, for the intensification parameters selected, specific measurements of the CO2 mass transfer coefficient from the vapour phase to the liquid phase, kLa were carried out
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Aoukar, Manuela. "Dépôt de matériaux à changement de phase par PE-MOCVD à injection liquide pulsée pour des applications mémoires PCRAM". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT075/document.
Texto completoResumen
Les mémoires résistives PCRAM sont basées sur le passage rapide et réversible entre un état amorphe hautement résistif et un état cristallin faiblement résistif d’un matériau à changement de phase (PCM). Ces mémoires constituent un des candidats les plus prometteurs pour la nouvelle génération de mémoires non-volatiles grâce à un large éventail de propriétés uniques comme une vitesse de fonctionnement élevée, une capacité de stockage multi-niveaux sur plusieurs bits, une bonne endurance et une possibilité de miniaturisation poussée. Cependant, la nécessité d’utiliser des courants d’effacement (IRESET) importants pour l’étape d’amorphisation du PCM représente l’un des principaux freins à l’explosion de la technologie PCRAM sur le marché des mémoires non volatiles. Dans ce contexte, il a été démontré que le confinement du PCM dans des structures possédant des facteurs de forme élevés permet d’améliorer l’efficacité du chauffage nécessaire au changement de phase du PCM et donc de réduire les courants d’amorphisation. Afin d’incorporer des matériaux PCM dans de telles structures, il est alors nécessaire de développer un procédé de dépôt très conforme. C’est pourquoi un procédé de dépôt PE-MOCVD (Plasma Enhanced- Metal Organic Chemical Vapor deposition) à injection liquide pulsée a été développé dans ce travail. Dans un premier temps des films amorphes et homogènes du composé binaire GeTe ont été déposés à partir des précurseurs organométalliques TDMAGe et DIPTe. Les analyses XPS révèlent que les couches de GeTe déposées sont stoechiométriques mais présentent une forte contamination en carbone. Ainsi, un des objectifs de cette thèse a été de réduire le taux de carbone dans les couches afin d’optimiser leurs propriétés de changement de phase. Une étude de l’impact des paramètres de dépôt tel que la puissance, la pression, la nature et le débit des gaz utilisés est alors présentée. En étudiant et en optimisant les paramètres de dépôt, des couches de GeTe contenant seulement 2 % at. de carbone ont pu être obtenues. Dans un second temps, des films du composé ternaire GeSbTe ont été déposés en injectant simultanément les trois précurseurs TDMAGe, TDMASb et DIPTe dans le plasma de dépôt. Une large gamme de composition peut alors être obtenue en variant les paramètres d’injection et de dépôt. L’un des principaux avantages de ce procédé est la capacité de couvrir une large gamme de compositions permettant d’obtenir des films possédant des propriétés de changement de phase très variées. L’impact des paramètres plasma sur la conformité du dépôt a aussi été étudié. Il est montré que l’ajout d’une composante BF à la puissance RF du plasma permet d’améliorer le remplissage des structures possédant des facteurs de forme élevés. Enfin, l’intégration dans des dispositifs mémoires PCRAM tests de matériaux PCM obtenus par ce procédé PE-MOCVD a mis en évidence des propriétés électriques proches de celles obtenues avec des matériaux déposés par les procédés de dépôt conventionnels de type PVDPhase change random access memories PCRAM are based on the fast and reversible switch between the high resistive amorphous state and the low resistive crystalline state of a phase change material (PCM). These memories are considered to be one of the most promising candidates for the next generation of non volatile memories thanks to their unique set of features such as fast programming speed, multi-level storage capability, good endurance and high scalability. However, high power consumption during the RESET operation (IRESET) is the main challenge that PCRAM has to face in order to explode the non volatile memory market. In this context, it has been demonstrated that by integrating the phase change material (PCM) in high aspect ratio lithographic structures, the heating efficiency is improved leading to a reduced reset current. In order to fill such confined structures with the phase change material, a highly conformal deposition process is required. Therefore, a pulsed liquid injection Plasma Enhanced-Metal Organic Chemical Vapor Deposition process (PE-MOCVD) was developed in this work. First, amorphous and homogeneous GeTe films were deposited using the organometallic precursors TDMAGe and DIPTe as Ge and Te precursors. XPS measurements revealed a stoichiometric composition of GeTe but with high carbon contamination. Thus, one of the objectives of this work was to reduce the carbon contamination and to optimize the phase change properties of the deposited PCMs. The effect of deposition parameters such as plasma power, pressure and gas rate on the carbon contamination is then presented. By tuning and optimizing deposition parameters, GeTe films with carbon level as low at 2 at. % were obtained. Thereafter, homogeneous films of GeSbTe were deposited by injecting simultaneously the organometallic precursors TDMAGe, TDMASb and DiPTe in the plasma. A wide range of compositions was obtained by varying the injection and deposition operating parameters. Indeed, one of the main advantages of this process is the ability of varying films composition, which results in varying phase change characteristics of the deposited PCM. The impact of plasma parameters on the conformity of the process was also studied. It was shown that by adding a low frequency power component to the radio frequency power of the plasma, structures with high aspect ratio were successfully filled with the phase change material. Finally, electrical characterization of PCRAM test devices integrating phase change materials deposited by PE-MOCVD as active material have presented electrical properties similar to the ones obtained for materials deposited by conventional physical vapor deposition (PVD) process
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Souayfane, Farah. "Modèle simplifié de changement de phase en présence de convection et rayonnement : application à un mur translucide associant superisolation et stockage d'énergie thermiques". Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4043/document.
Texto completoResumen
Cette thèse vise à étudier l'exploitation du rayonnement solaire grâce à un nouveau concept de mur capteur passif. Dans ce contexte, le comportement thermique d’un mur solaire semi-transparent a été étudié. Le mur fournit un éclairage naturel et est composé d’une couche d’aérogel de silice assurant une isolation thermique et acoustique, et d’un MCP. Ce dernier est contenu dans des briques de verre assurant l’absorption, le stockage et la restitution de chaleur. Ce mur a été caractérisé expérimentalement au centre PERSEE à Sophia. Il a été remarqué que la performance thermique du mur est élevée en hiver, tandis qu’une surchauffe estivale a été rencontrée. Un modèle numérique simplifié a été développé pour modéliser la convection naturelle et le rayonnement pendant la fusion du MCP. Ce modèle est validé à l’aide d’un modèle CFD, et des résultats de Benchmark. Pour optimiser la performance du mur en été, un modèle numérique du transfert de chaleur à travers le mur a été développé sous MATLAB. Ce modèle a été couplé à TRNSYS afin d’évaluer la performance thermique de l'ensemble du bâtiment. Le modèle couplé a été validé expérimentalement. Le comportement thermique du mur est testé dans des différents climats, et des solutions passives sont proposées pour assurer le confort thermique. Enfin, ce modèle a permis d'étudier le comportement thermique annuel d’un bâtiment intégrant un mur MCP- aérogel dans son enveloppe et une étude économique a été réalisée. Ces études ont confirmé l'intérêt du mur vis-à-vis de l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment. La faisabilité économique de l'application du mur dépend du climat, du coût d’énergie, et du coût d'investissementThis thesis aims to study the exploitation of solar radiation thanks to a new concept of passive sensor wall. In this context, the thermal behavior of a novel semi-transparent solar wall has been studied. The wall is composed of glazing, silica aerogel (TIM) and glass bricks filled with fatty acids (PCM). This wall provides storage and restitution of heat, thermal-acoustic insulation and daylighting. The thermal performance of the TIM-PCM wall is tested in a full-sized test cell located in Sophia, PERSEE center. In winter, particularly in sunny cold days, the PCM absorbs solar radiation, melts, and then releases the stored heat to the building at night. During summer, overheating is encountered, the PCM remains in its liquid state and is unable to release the stored heat. A simplified model for PCM melting in presence of natural convection and radiation is developed and validated using a CFD model, and benchmark solutions. Then, a numerical model describing the heat transfer mechanisms through the wall is developed. This model is linked to TRNSYS to assess the thermal performance of the whole building. The MATLAB-TRNSYS model is then validated experimentally. The thermal behavior of the wall is tested under different climates, and passive solutions are proposed to ensure thermal comfort in summer. Finally, the validated model is used to study the annual thermal behavior of a building integrating TIM-PCM wall and an economic study is conducted. These studies confirm the interest of the wall vis-à-vis the improvement of energy performance of the building. The economic feasibility of applying the TIM-PCM wall depends mainly on climate, energy costs, and investment cost
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Djamai, Zakaria Ilyes. "Contribution à la caractérisation multi-échelle de composites textile mortier à inertie thermique renforcée par des matériaux à changement de phase (composite MCP-TRC) : application au bâtiment". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEE006.
Texto completoResumen
Le secteur du bâtiment recèle un fort potentiel d’amélioration en termes de performances thermiques et atténuation de l’empreinte écologique. Une bonne conception de l’enveloppe ainsi que de la structure du bâtiment s’intègre pleinement dans ces objectifs et permet de contribuer efficacement à la réduction des consommations énergétiques. Cela s’accompagne d’un choix pertinent des matériaux et systèmes constructifs composant l’enveloppe ainsi que la structure du bâti.Le travail de recherche présenté au cours de cette thèse s’inscrit pleinement dans ce contexte et vise le développement d’un composite innovant issu de l’association d’une matrice cimentaire modifiée par l’ajout de matériaux à changement de phase (MCP) et d’un renfort textile, le composite résultant sera communément nommé ‘MCP-TRC’.Une étude approfondie du comportement mécanique et thermique des composites ‘MCP-TRC’ a été réalisée. Un intérêt particulier a été porté au cours des travaux présentés à la compréhension des interactions entre MCP et matrice cimentaire ainsi qu’entre matrice cimentaire modifiée par l’ajout de MCP et renfort textile. Ces interactions régissent le comportement mécanique et thermique des composites MCP-TRC.Deux concepts à caractère innovant (dalles légères et panneaux sandwichs en MCP-TRC) intégrant les composites MCP-TRC ont été proposés. Les performances mécaniques et thermiques des deux concepts ont été évaluées. Les résultats obtenus sont prometteurs et permettent de jeter les bases de l’émergence de ce type ce composites dans l’industrie du bâtimentThe building sector has a strong potential for improvement in terms of thermal performance and attenuation of the ecological footprint. A good design of the envelope as well as the structure of the building is fully integrated into these objectives and can contribute effectively to the reduction of energy consumption. This is accompanied by a relevant choice of materials and constructive systems composing the envelope and the structure of the buildingThe research work presented in this thesis is fully integrated in this context and aims at the development of an innovative composite resulting from the association of a modified cementitious matrix by the addition of phase change materials (PCM) and a textile reinforcement, the resulting composite will commonly be called 'MCP-TRC'.A detailed study of the mechanical and thermal behaviour of the 'PCM-TRC' composite was carried out. A particular interest was brought during the work presented to the understanding of the interactions between PCM and cement matrix and between cement matrix modified by the addition of PCM and textile reinforcement. These interactions govern the mechanical and thermal behaviour of PCM-TRC composites.Two innovative concepts (lightweight slabs and PCM-TRC sandwich panels) integrating the PCM-TRC composites were proposed. The mechanical and thermal performances of the two concepts were evaluated. The results obtained are very encouraging and promote the emergence of this type of composites in the building industry
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Bykalyuk, Anna. "Contribution à l'étude des échanges convectifs à l'interface fluide paroi en présence de matériaux à changement de phase : Application au bâtiment". Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0132/document.
Texto completoResumen
De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d’échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d’une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d’air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d’état à l’intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d’échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d’echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l’intérieur d'une paroi influence l’évolution et la forme de la couche limite thermiqueRecent experimental studies have shown that the usual values of the convective heat transfer coefficient h are no longer valid in the presence of phase change materials. Three separate models were developed. Initially a model 1 which treats the fluid-wall (constant temperature) interaction in steady laminar flow has been developed and validated. Then, the wall with heat capacity (model 2) subjected to an air temperature ramp were studied. Finally, a third model (3) has been developed which treats the interaction fluid-wall which contains a phase change material. The results show local peaks of heat flow over time. This fact reflects the phase change inside the wall. Moreover, the curves of the convective heat transfer coefficient indicate the dependence of the coefficient h to the wall’s energy storage capacity. Therefore, the presence of the phase change materials within a wall effect and changes the shape of the thermal boundary layer
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Nguyen, Huu tan. "Thermal Characterization of In-Sb-Te thin films for Phase Change Memory Application". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0112/document.
Texto completoResumen
Les matériaux à changement de phase (PCM) sont utilisés pour la réalisation de mémoire non volatile. Ces matériaux possèdent la particularité de passer d’un état cristallin à un état amorphe à l’aide d’une impulsion de chaleur, créant ainsi un processus propre au stockage de l’information. Les PCMs sont généralement basés sur des composés ternaires de type Ge-Sb-Te (GST) avec une température de transition de l’ordre de 125°C, rendent ces matériaux inutilisable dans le domaine de l’automobile et pour des applications militaires. Pour contourner cette limitation, le GST est remplacé par le composé In-Sb-Te (IST) possèdent une température de transition plus élevé et un temps de transition beaucoup plus rapide (nanoseconde). Les propriétés thermiques de l’IST et de ses interfaces au sein de la cellule PCM peuvent influencer la température de transition. C’est pourquoi la mesure de la conductivité thermique nous donnera une estimation de la valeur de cette transition.Différentes techniques ont été misent en oeuvre pour mesurer la conductivité thermique des couches minces d’IST en fonction de la concentration en Te, à savoir ; la radiométrie photo-thermique modulée (MPTR) et la méthode 3ω dans une gamme de température allant de l’ambiant jusqu'à 550°C.Les résultats obtenus par les deux techniques de caractérisation thermiques démontrent que la conductivité thermique de l'IST diminue lorsque l'on augmente la teneur en Te. L'augmentation de la teneur en Te pourrait donc conduire à un alliage thermiquement plus résistif, qui est censé apporter l'avantage d'un flux de chaleur plus confiné et limiter la cross-talk thermique dans le dispositif de mémoire à changement de phasePhase change memories (PCM) are typically based on compounds of the Ge-Sb-Te (GST) ternary system. Nevertheless, a major drawback of PCM devices is the failure to fulfill automotive-level or military-grade requirements (125°C continuous operation), due to the low crystallization temperature of GST. To overcome this limitation, alloys belonging to the In-Sb-Te (IST) system have been proposed, which have demonstrated high crystallization temperature, and fast switching. Thermal properties of the chalcogenide alloy and of its interfaces within the PCM cell can influence the programming current, reliability and optimized scaling of PCM devices. The two methods, namely: 3ω and Modulated Photothermal Radiometry (MPTR) technique was implemented to measure the thermal conductivity of IST thin films as well as the thermal boundary resistance at the interface with other surrounding materials (a metal and a dielectric). The experiment was carried outin situ from room temperature up to 550oC in order to investigate the intrinsic thermal properties at different temperatures and the significant structural rearrangement upon the phase transition.The results obtained from the two thermal characterization techniques demonstrate that the thermal conductivity of IST decreases when increasing the Te content. Increasing the Te content could thus lead to a more thermally resistive alloy, which is expected to bring the advantage of a more confined heat flow and limiting the thermal cross-talk in the phase change memory device
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Ortega, Del Rosario Maria de los Ángeles. "Système de stockage et transfert d'énergie par chaleur latente adaptable au rafraîchissement d’air en bâtiments : conception et analyse thermique". Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0197/document.
Texto completoResumen
Ces travaux de thèse visent à concevoir et étudier une unité d'échangeur de chaleur air-MCP en tant que solution passive a la problématique du contrôle de confort thermique dans les bâtiments pendant l'été, fournissant des directives de conception et une intégration facile aux bâtiments. Les MCP présentent une grande capacité de stockage par unité de volume, ce qui leur permet de contribuer à la réduction de la consommation d'énergie liée aux applications de rafraîchissement. Bien qu'ils présentent certains inconvénients, en tant que faible conductivité thermique, notamment dans les PCM commerciaux, une conception bien détaillée est nécessaire pour atteindre des performances thermiques adéquates.La première partie de cette thèse examine les systèmes existants à travers une étude bibliographique, mettant en évidence la relation géométrique avec la physique et la performance thermique. Cette recherche a fourni les bases pour le développement d'une conception d'une unité air-MCP, suivant une méthodologie de résolution de problèmes développée par le laboratoire I2M. Une matrice de mots-clés a été obtenue à partir des phénomènes physiques et de l'analyse fonctionnelle de l'unité. A partir de cette matrice, l'analyse des brevets a inspiré la conception qui a abouti à un échangeur de chaleur air-PCM à faisceau tubulaire avec des tubes verticaux alignés perpendiculairement au flux d'air.Le développement d'outils de conception et d'intégration dans les bâtiments a été recherché au moyen d'une modélisation permettant de prédire avec précision les performances thermiques du système. Les modèles simplifiés sont préférés pour cette tâche. Néanmoins, ils peuvent sous-estimer les performances réelles si les phénomènes physiques impliqués ne sont pas correctement comptabilisés. Alors,des approches expérimentales locales et globales ont été utilisées pour parvenir à une compréhension de la physique associée aux cycles de charge et de décharge dans l'unité air-MCP. Pour cela, un banc d'essai a été installé, mesurant la température et le débit d'air dans différentes conditions d'entrée, accompagné d'un suivi visuel à travers des images numériques. Les traitements d'images et des données ont été utilisés pour obtenir des indicateurs de performance thermique et des corrélations équivalentes en utilisant des nombres adimensionnels connus pour les mécanismes de transfert de chaleur convectifs-conducteurs dans le PCM.Ces découvertes ont permis de développer des modèles de résistance thermique et d'enthalpie qui rendent compte de la complexité des phénomènes impliqués dans l'unité pour la prédiction de la performance. Enfin, la performance thermique du système a été testée dans deux applications de bâtiments : en tant qu'unité mobile dans une maison PEH à Gradignan dans un bureau du labo I2MThe present work aims to design and study an air-PCM heat exchanger unit as a passive solution for thermal comfort assessment in buildings during summertime, providing tools to ease the design and building integration. The PCM present a large storage capacity per volume unit where by, they can contribute to the reduction of the energy consumption related to cooling applications. Although, theyshow some drawbacks, as a low thermal conductivity in commercial PCM, so a wellthought design of these kind of systems is necessary to achieve adequate thermal performances.The first part of this thesis surveys the existing systems through a literature review,highlighting the geometry relation with the physics and thermal performance. This search provided the bases for the development of an air-PCM unit design, following a problem-solving methodology developed by the I2M laboratory. A keyword matrix was obtained from the physical phenomena and functional analysis of the unit. From this matrix, the patents analysis provided inspiration for the design resulting in a tubebundle air-PCM heat exchanger with vertical tubes aligned perpendicular to the airflow.The development of design and integration in buildings tools was sought through a modeling that can accurately predict the thermal performance of the system.Simplified models are preferred for this task. Nevertheless, they can under predict the actual performance if the physical phenomena involved is not properly accounted. Then, local and global experimental approaches were used to achieve anunderstanding of the physics associated with charging and discharging cycles in theunit. For this, a test bench was installed, measuring temperature and airflow underdifferent in let conditions, accompanied by a visual tracking through digital images.Image and data processing were used to obtain thermal performance indicators and equivalent correlations using known dimensionless numbers for convective conductive heat transfer mechanisms in the PCM.These findings allowed the development of thermal models based on energy balances, that accounted the complexity of phenomena involved in the unit for performance prediction. Finally, the thermal performance of the system was tested intwo buildings applications: as a mobile unit in a PEH house in Gradignan and as anactive façade in a building in Talence
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y estudiar una unidad intercambiador de calor aire-PCM como presentan una solución pasiva al conforttérmico en edificios durante el verano, proporcionando herramientas para facilitar el diseño y la integración en edificios. Los PCM una gran capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, por lo que pueden contribuir a la reducción del consumo de energía relacionado con las aplicaciones de refrigeración. Estos materiales presentan algunos inconvenientes en cual su uso, como una baja conductividad térmica, típica en PCM comerciales, por lo es necesario un diseño que tome en cuenta esta problemática para lograr rendimientos térmicos adecuados. La primera parte de esta tesis examina los sistemas existentes a través de unarevisión de la literatura, destacando la relación de geometría con los fenómenos físicos y el rendimiento térmico. Esta búsqueda proporcionó las bases para el desarrollo de un diseño de unidad aire-PCM, siguiendo una metodología de resolución de problemas desarrollada por el laboratorio I2M. Se obtuvo una matrizde palabras clave a partir de los fenómenos físicos y el análisis funcional de launidad. A partir de esta matriz, el análisis de patentes proporcionó inspiración para el diseño que dio como resultado un intercambiador de calor PCM de aire y haz detubos verticales alineados perpendicularmente al flujo de aire.El desarrollo del diseño y la integración en herramientas de edificios se buscó através de un modelo que pudiese predecir con precisión el rendimiento térmico delsistema. Los modelos simplificados son los preferidos para esta tarea. Sin embargo,su poder de predicción puede verse afectada si los fenómenos físicos involucradosno se contabilizan adecuadamente. Es por ello que se utilizaron enfoques experimentales locales y globales para lograr una comprensión de la física asociadacon los ciclos de carga y descarga en la unidad. Se realizó una instalación de unbanco de pruebas, que permitió mediciones de temperatura y flujo de aire en diferentes condiciones de entrada, acompañado de un seguimiento visual a travésde imágenes digitales. El procesamiento de imágenes y datos se utilizó para obtener indicadores de rendimiento térmico y correlaciones a partir de números adimensionales relacionados con mecanismos de transferencia de calor porconvección y conducción en el PCM.Estos hallazgos permitieron el desarrollo de modelos térmicos para la predicción delrendimiento, basados en balances de energía de cada volumen de control.Finalmente, el rendimiento térmico del sistema se probó en dos aplicaciones deedificios: como una unidad móvil en una casa PEH en Gradignan y dentro de una oficina del laboratorio I2M
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Frutos, Dordelly José Carlos. "Active Solar Chimney (ASC) : numerical and experimental study of energy storage and evaporative cooling". Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSET008/document.
Texto completoResumen
Les conditions actuelles de réchauffement de la planète ont mené aux pays du monde à s'engager dans la durabilité et l’efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. En tant que troisième consommateur d'énergie, le bâtiment représente un élément clé envers l'efficacité énergétique et de la stabilisation de la température globale. Plusieurs solutions existent pour la réalisation de ces objectifs, et les travaux présentés tout au long de cette thèse concernent un composant solaire particulier à la construction externe du bâtiment, appelé cheminée solaire. Cette thèse de doctorat porte sur l'analyse expérimentale et numérique des dispositifs de stockage d'énergie, sous forme de matériaux à changement de phase (PCM), afin d'optimiser les performances de cette technologie solaire. Le but de cette étude est de caractériser l’impact des panneaux Rubitherm RT44 PCM sur une cheminée solaire en laboratoire et in situ afin de permettre une comparaison avec la version classique. De plus, un modèle numérique a été développé et testé dans le but d'obtenir un outil numérique capable de représenter le comportement d'une cheminée solaire. Enfin, une optimisation à deux objectifs du modèle numérique de cheminée solaire intégrée PCM a été réalisée afin de déterminer certains des paramètres optimaux de ce type de technologie afin d’obtenir le flux d’air sortant le plus élevé possible, tout en maintenant une température suffisamment élevée dans la cheminée atteindre la gamme de fusion des PCMThe current global warming conditions have led nations across the world to commit into energetic sustainability and greenhouse gas emission reduction. Being the third greatest energetic consumer, the building represents a major key towards energy efficiency and global temperature stabilization. Several solutions exist for the accomplishment of these goals, and the works presented throughout this dissertation concerns a particular external building solar-driven component known as solar chimney. This PhD thesis focuses on the experimental and numerical analysis of energy storage devices, in the form of Phase Changing Materials (PCMs), for the optimisation of the performance of this solar technology. The aim of this study is to characterize the impact of Rubitherm RT44 PCM panels on a solar chimney under laboratory and in-situ conditions to carry out a comparison against the classic version. Additionally, a numerical model was developed and tested in the interest of obtaining a numerical tool capable of representing the behaviour of a solar chimney. Finally a bi-objective optimization of the PCM integrated solar chimney numerical model was carried out in order to determine some of the optimal parameters of this type of technology to obtain the highest exiting air flow, all while maintaining a high enough temperature across the chimney to reach the fusion range of the PCMs
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Roccamena, Letizia. "Optimization of an innovative thermal energy storage technology at low temperatures when coupled to multi-source energy architectures". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSET010/document.
Texto completoResumen
A ce jour, les solutions de stockage d'énergie apparaissent comme des solutions pertinentes permettant d'atteindre les cibles énergétiques futures et de répondre aux exigences environnementales actuelles. Le but de cette thèse est d’optimiser un système de stockage d'énergie thermique innovant basé sur un échangeur eau – matériaux à changement de phase. Ce système est couplé à l’architecture énergétique multi-sources d’un îlot composé de trois bâtiments à énergie positive situé à Lyon : l’îlot HIKARI. Afin de disposer d’un outil numérique robuste pour pouvoir optimiser cette technologie, un modèle numérique du système de stockage d’énergie thermique a été développé dans le but de reproduire le comportement du système de stockage de référence. Une fois fini, le modèle a été validé en trois étapes: une numérique et deux expérimentales. Dans un premier temps il a été validé numériquement, en comparant ses résultats avec un modèle conçu en adoptant une approche numérique différente (« Computational Fluid Dynamics »), dans un second temps il a été validé à l’échelle réelle en exploitant les données in-situ du système de HIKARI. Enfin, le modèle numérique a été validé expérimentalement grâce à un prototype expérimental conçu et réalisé à l’ENTPE dans le cadre des travaux de cette thèse reproduisant le comportement du système de stockage étudié. Après avoir été validé, le modèle a été utilisé pour procéder à l’optimisation de sa performance en utilisant la technique des algorithmes génétiques. L’analyse des résultats de ces simulations a notamment abouti sur des recommandations de dimensionnement et d’usage pour l’Ilot HIKARI et des bâtiments futurs intégrant la technologie de stockage étudiée. La thèse a été financée par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) dans le cadre du projet « Optimisation des architectures Énergétiques multi-sources couplées aux techniques avancées du stockage d'énergie dans le bâtiment » en partenariat avec Bouygues immobilier et Manaslu – CMDLOne of the most promising technics used in building applications for energy efficiency purposes is the thermal energy storage (TES). Despite the thorough research on TES techniques of the last years, the release to market of cost effective technologies is quite recent. The aim of this study is to optimize the energetic behavior of an innovative TES technology consisting on a water/PCM exchanger that is part of the multi-energy production and storage systems of HIKARI, a positive energy district located in Lyon and consisting of three buildings. In order to optimize this innovative technic, a numerical model reproducing the functioning of the reference system was created. In order to make a numerical validation a second numerical model was developed using a different software based on a different numerical method and, once the in situ data obtained from the reference system monitoring, a first experimental validation was obtained. Subsequently, an innovative experimental prototype reproducing the behavior of the reference PCM-Water heat exchanger has been realized, in order to validate and calibrate the numerical model and carry out a large amount of operating scenarios. Once the model numerically and experimentally validated, the optimization of the HIKARI’s cold storage system technology has been obtained using Genetic Algorithms (GAs) finding the best values to allocate to four characteristics of the cold storage system, in order to minimize two predefined objective functions linked to its functioning. This work was supported by the French Agency for Environment and Energy Management (ADEME) and it was part of the project “Optimization of innovative energy storage technologies when coupled to multi-sources energy architectures”, in cooperation with Bouygues immobilier and Manaslu – CMDL
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Lomonaco, Adrien. "Stockage d’énergie thermique par matériaux à changements de phase adapté aux centrales solaires thermodynamiques". Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3012/document.
Texto completoResumen
Le travail présenté dans ce manuscrit concerne le développement d’un système de stockage thermique par chaleur latente pour les centrales solaires à concentration utilisant la génération directe de vapeur, et s’attache plus particulièrement la sélection et l’étude du matériau à changement de phase (MCP). Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet Stockage Thermique Appliqué à l’extension de pRoduction d’énergie Solaire thermodynamique (STARS) porté par le consortium composé d’AREVA Renouvelables, la société Hamon d’Hondt, l’institut CEA liten et les laboratoires IPNO, LPCS et LaTEP. Ce projet est accompagné par l’ADEME dans le cadre du programme énergies décarbonnées des investissements d’avenir.Le premier chapitre de ce manuscrit situe le contexte de l’étude en dressant un état de l’art des différents systèmes solaires à concentration existants et des différents moyens de stocker l’énergie pour ce type de technologie. Le projet STARS est ensuite présenté. Ce chapitre se termine par un descriptif des objectifs du travail de thèse. L’intégralité du processus de sélection du MCP, incluant le recensement des matériaux dans la littérature, la définition des critères de sélection et la caractérisation par calorimétrie différentielle à balayage des candidats les plus pertinents, est détaillée dans le chapitre II. À l’issue de ce travail, le choix du consortium se porte sur le nitrate de sodium, un sel inorganique possédant une température de fusion adaptée à la technologie d’AREVA et une densité de stockage importante. La poursuite de l’étude, concernant la stabilité thermique du MCP durant son utilisation en conditions industrielles, fait l’objet du chapitre III. Cette étude comporte une partie bibliographique permettant de mettre en évidence les problématiques liées à la dégradation thermique du matériau et à son comportement vis-à-vis des matériaux métalliques avec lesquels il sera amené à être en contact (échangeur de chaleur, cuve de stockage). La principale conséquence des phénomènes mis en évidence étant la réduction du nitrate de sodium en nitrite de sodium, l’étude de l’impact du taux de nitrite de sodium sur les propriétés thermiques du MCP a été réalisée. Les résultats de cette campagne expérimentale ont montré une diminution significative de la température de fusion et de la chaleur latente du MCP lorsque la proportion de nitrite de sodium croît. Afin d’étudier l’évolution de composition du MCP dans des conditions réelles de fonctionnement, un dispositif a été conçu spécifiquement pour reproduire des conditions de cyclage thermique en présence de métaux. L’étude menée à l’aide de ce dispositif a permis d’analyser la cinétique de réduction du nitrate de sodium en nitrite de sodium. Les résultats montrent que l’évolution de composition du MCP dans les conditions opératoires du projet est négligeable, garantissant la stabilité des propriétés thermiques de celui-ci au cours de son utilisation.Enfin, le dernier chapitre est consacré à l’étude de l’amélioration des transferts thermiques au sein du MCP. En effet, le nitrate de sodium possède une conductivité thermique faible, pouvant limiter la puissance des échanges de chaleur dans le système de stockage. En premier lieu, un état de l’art des solutions d’intensification des transferts dans le domaine du stockage par chaleur latente est dressé. Ce travail a permis de mettre en évidence que l’utilisation de composites à base de mousses métalliques constitue une voie pertinente d’amélioration des transferts. Ainsi une campagne expérimentale visant à évaluer les performances de tels composites a permis de mettre en évidence le potentiel de ce type de configurationThe work presented in this manuscript concerns the development of a latent heat thermal energy storage system adapted to concentrated solar power plant using direct steam generation, and more particularly on the selection and the study of the Phase Change Material (PCM) used in this system. This thesis was performed within the framework of the STARS project (Stockage Thermique Appliqué à l’extension de pRoduction d’énergie Solaire thermodynamique) carried by the consortium of AREVA Renouvelables, Hamon d’Hondt company, CEA institute liten and laboratories IPNO, LPCS and LaTEP. This project is accompanied by ADEME under the énergies décarbonnées des investissements d’avenir program. The first chapter of this manuscript sets up the context of this study by drawing a state of art of different existing CSP technologies and various ways to store energy for this kind of systems. The STARS project is then described. This chapter ends with a description of the thesis objectives. The entire PCM selection process, including identification of materials in literature, definition of various criteria and thermal characterization by differential scanning calorimetry (DSC) of the most relevant candidates, is detailed in chapter II. This work leads to the selection of sodium nitrate by the consortium, an inorganic salt with a suitable melting temperature considering AREVA’s technology and a large storage density. The following work, concerning the thermal stability of the PCM under thermal cycling, is then presented in chapter III. This part includes a bibliographic study allowing to highlight issues related to thermal degradation of the PCM and its behavior regarding to metallic material with which it will have to be in contact (heat exchanger, storage tank). The main consequence of these phenomena is the reduction of sodium nitrate into sodium nitrite, and thus the impact of sodium nitrite fraction on the thermal properties of the PCM was studied. The results of this experimental work shows a significant reduction of the melting temperature and the latent heat as the fraction in sodium nitrite increases. To study the evolution of the PCM composition under real operating situation, a specific device was designed to replicate thermal cycling conditions in the presence of metals. This device was used to analyze the kinetics of reducing sodium nitrate into sodium nitrite. The results show that the changes in composition of the PCM in the project’s operating conditions are negligible, ensuring the stability of its thermal properties during its lifetime. The last chapter is devoted to the improvement of heat transfers within the PCM. Indeed, sodium nitrate has a low thermal conductivity which may limit the power of the heat exchange in the storage system. A state of art of available solutions for the intensification of thermal transfers concerning latent heat storage was done. This study highlighted that the use of composites based on metallic foams constitutes an effective way of improvement. Thus an experimental campaign was conducted to evaluate the performances of such composites, allowing to show the potential of this kind of configuration
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Osipian, Remy. "Etude dynamique d'un système de stockage par chaleur latente liquide-solide : application au véhicule électrique". Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC052/document.
Texto completoResumen
Ce travail porte sur le développement d’un système de stockage de chaleur en vue d’assurer le confort thermique de l’habitacle d’un véhicule électrique. Ce dispositif, appelé batterie thermique, se présente comme un réservoir composé d’un lit fixe de matériaux à changement de phase (MCP). Ce type de matériau a la propriété d’emmagasiner de fortes quantités de chaleur (latente) sous de faibles volumes, permettant d’envisager un système très compact. A l’échelle du matériau, une investigation sur la cinétique des transferts thermiques au sein de plusieurs MCPs a été évaluée. Une expression phénoménologique décrivant l’évolution temporelle de la température d’un MCP en phase de solidification a été proposée. Elle permet d’estimer la durée de solidification du matériau en fonction de ses caractéristiques géométriques et thermiques. A l’échelle du système, un prototype de batterie thermique a été réalisé et la dynamique des transferts en phase de stockage et déstockage a été étudiée. Les durées de stockage et déstockage suivent des lois de puissance avec le débit imposé ; les pertes de charges s’avèrent insignifiantes. En parallèle, un modèle numérique simulant le comportement dynamique et thermique d’un lit fixe de particules de MCP a été développé et validé sur les données expérimentales. Il pourra être utilisé pour le dimensionnement du futur prototype et servira également d’outil pour optimiser les performances de la batterie en ajustant les paramètres de contrôleThis study focuses on the development of a heat storage system used to ensure passenger compartment thermal comfort in an electric vehicle. This device, called a thermal battery, is a packed bed latent heat tank filled with phase change materials (PCM). This type of material has the property of storing large amounts of latent heat in small volumes, allowing a very compact system. At the material scale, an investigation on heat transfer dynamics within several PCM was studied. A phenomenological expression which depicts the temporal evolution of the PCM temperature for a solidification phase was suggested. This allows the estimation of the material solidification duration in terms of geometric and thermal characteristics. At the system scale, a thermal battery prototype was set up and the thermal transfer dynamics during the charging and discharging phases were studied. The charging and discharging durations are fitted by power laws in terms of the flow rate; the pressure drops are insignificant. Simultaneously, a numerical model which simulates the dynamic and thermal behavior of a PCM particle fixed bed was developed and validated with the experimental data. It can be used for future prototype sizing and will also serve as a tool to optimize the performance of the battery by setting the control parameters
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Bouhal, Tarik. "Solar hot water production and thermal energy storage using phase change materials (PCMs) for solar air-conditioning applications in Morocco". Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3006.
Texto completoResumen
Cette thèse présente les résultats de recherche, de modélisation et de simulation d'un système de rafraîchissement solaire au Maroc dans le cadre du projet PRSM (Procédés de Rafraîchissement Solaire au Maroc) financé par l'IRESEN (Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles). L'objectif est d'étudier les facteurs concernant l'optimisation d'une machine à absorption solaire (LiBr-H2O) sous les conditions marocaines. De plus, un certain nombre de critères de conception, qui peuvent être utilisés par les concepteurs de systèmes de climatisation et de chauffage solaires, ont été établis en tenant compte de considérations énergétiques et économiques. En conséquence, cette thèse couvre quatre aspects. Le premier aspect présente un aperçu de recherche bibliographique sur les technologies solaires, en mettant l'accent sur les systèmes du froid solaire, les processus pertinents existants, l'état du marché, les développements récents des technologies les plus prometteuses et les principaux indicateurs de performance qui figurent dans la littérature. De plus, l'aspect expérimental de l'installation de climatisation solaire adopté dans le projet PRSM a été décrit pour identifier les caractéristiques techniques importantes de l'installation et les difficultés rencontrées lors de la réalisation du prototype. La deuxième dimension concerne la faisabilité technique d'un système de climatisation solaire en se basant sur des indicateurs énergétiques et économiques et prenant en compte les effets combinés des climats, des catégories de bâtiments et des besoins en climatisation dans les conditions marocaines. Le troisième aspect présente le stockage latent de l'énergie thermique utilisant les matériaux à changement de phase (MCPs). Il porte sur l'étude des méthodes numériques utilisées dans la modélisation des phénomènes de changement de phase et se concentre également sur l'ajout des MCPs dans le système de climatisation solaire intégré à l'intérieur du ballon solaire connecté au générateur de la machine à absorption pour évaluer l'amélioration possible du rendement du système. Le quatrième volet de cette thèse présente l'analyse technico-économique et de sensibilité appliquée au développement d'un procédé solaire combiné d'eau chaude sanitaire, chauffage et climatisation au Maroc. L'analyse globale via une généralisation des résultats au niveau national a été réalisée en complément d'une analyse de sensibilité liée à l'investissement dans ces systèmes afin d'évaluer le potentiel de remplacement des technologies traditionnelles par les systèmes solaires et les gains éventuels liés à leur implantation au MarocThis thesis reports the results of research into the modeling and simulation of a solar air-conditioning system for Morocco in the framework of the project SCPM (Solar Cooling Process in Morocco) funded by IRESEN (Research Institute for Solar Energy and New Energies). The aim is to investigate the factors concerning the optimization of a LiBr-H2O solar absorption chiller under Moroccan conditions. Further, a number of design criteria, which can be used by designers of solar cooling and heating systems, have been established using energy and economic considerations. Accordingly, this thesis covers four aspects. The first overviews the literature survey on solar technologies with a focus on solar cooling systems which reports the relevant processes, summarizes the market status, presents the recent developments of the most promising technologies and describes the main performance indicators figuring in the literature. Moreover, the experimental aspect of the solar air-conditioning installation adopted in the SCPM project was described to identify the important technical characteristics of the installation and the difficulties encountered during the realization of the prototype. The second dimension concerns the technical feasibility of solar air-conditioning system using energy and economic indicators taking into account the combined effects of climates, building categories and cooling demands under Moroccan conditions. The third aspect presents the latent thermal energy storage using Phase Change Materials (PCMs). It concerns the investigation of numerical methods used in the modeling of phase change phenomena and also focuses on PCMs addition in the solar cooling process integrated inside solar storage tank connected to the generator of the absorption chiller to evaluate the possible enhancement in the system efficiency. The fourth aspect of this thesis outlines the technico-economic and sensitivity analysis applied to the development of a combined processes of solar DHW, heating and air-conditioning in Morocco. The overall analysis via a generalization of the results to the national level was carried out in addition to a sensitivity analysis related to the investment in these systems in order to assess the potential of replacing traditional technologies with the solar systems and the possible earnings related to their implementation in Morocco
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Arzamendia, Lopez Juan Pablo. "Métholodogie de conception des matériaux architecturés pour le stockage latent dans le domaine du bâtiment". Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0060/document.
Texto completoResumen
L'utilisation de systèmes de stockage par chaleur latente constitue une solution permettant l'effacement du chauffage d'un bâtiment résidentiel pendant les périodes de forte demande. Une telle stratégie peut avoir pour objectif le lissage des pics d'appel en puissance du réseau électrique. Cependant, la faible conductivité des matériaux à changement de phase (MCP) qui constituent ces systèmes et le besoin d'une puissance de décharge importante imposent l'utilisation de matériaux dits "architecturés" afin d'optimiser la conductivité équivalente des matériaux stockeurs. Nos travaux s'intéressent plus particulièrement à la méthodologie pour la conception de matériaux pour ces systèmes afin de satisfaire aux exigences de stockage d'énergie et de puissance de restitution. La méthodologie proposée dans ces travaux de thèse est dénommé « Top-down methodology ». Cette méthodologie comporte trois échelles : l'échelle bâtiment (top), l'échelle système et l'échelle matériau (down). L'échelle bâtiment a comme objectif de spécifier le cahier des charges. A l'échelle système, des indicateurs de performance sont définis. Enfin, à l'échelle matériau, l'architecture du matériau solution est proposée. Un outil numérique modélisant le système de stockage par chaleur latente de type échangeur de chaleur air/MCP à été développé pour évaluer les indicateurs de performance. Ce modèle numérique est vérifié avec un cas analytique et validé par comparaison avec des données expérimentales. La méthodologie développée est mise en œuvre dans un deuxième cas d'étude pour le même type de système de stockage. L'analyse du système via les nombres adimensionnels permet d'obtenir des indicateurs de performance du système. A l'issue de cette étape, les propriétés matériaux et fonctionnelles optimales du système sont donc connues. Enfin, un matériau architecturé est alors proposé afin de satisfaire les exigences du système de stockage. Nous montrons alors que par l'intermédiaire d'une plaque sandwich contenant des clous et du MCP les propriétés matériaux nécessaires sont obtenues. De plus, afin de satisfaire aux exigences en termes de propriétés fonctionnelles, le design du système est modifié en ajoutant des ailettes sur les surfaces d'échange. Nous montrons que avec 20 ailettes de 3mm d'épaisseur sur la surface d'échange de la planche à clous, le chauffage est effacé pendant 2h lors de la période de forte demande journalière pendant l'hiverThe use of energy storage systems that exploit latent heat represents a promising solution to erase the heating demand of residential buildings during periods of peak demand. Equipping a building with such components can contribute to the goal of peak shaving in terms of public electricity grid supply. Significant drawbacks, however, are the low thermal conductivity of Phase Change Materials (PCM) that typically constitute such systems,and the requirement for a high rate of discharge. Consequently, the use of so-called architectured materials has been put forward as a means to optimize the effective conductivity of storage materials. Our work is focused upon the development of a methodology to design optimal materials for such systems that meet the criteria of energy storage and energy output. A so-called “top-down metholodogy” was implemented for the present work. This approach includes three scales of interest: building (top), system and material (down). The aim of the building scale analysis is to formulate a set of general design requirements. These are complemented by performance indicators, which are defined at the scale of the system. Finally, at the scale of the material, the architecture of the identified material is elaborated. A numerical simulation tool was developed to determine performance indicators for a latent heat energy storage system comprising of an air/PCM heat exchanger. This model was tested against a benchmark analytical solution and validated though comparison to experimental data. The developed methodology is applied to the specific case of an air/PCM exchanger latent-heat energy storage system. The system is analysed through the study of dimensionless numbers, which provide a set of design indicators for the system. As a result of this stage, the optimal material and functional properties are thus identified. Finally, an architectured material is proposed that would satisfy the design requirements of the storage system. We demonstrate that an arrangement composed of a sandwich of planar layers with nails and PCM can offer the required material properties. Furthermore, in order to meet the desired functional properties, the system design is modified by the addition of fins at the exchange surfaces. With the addition of 20 fins of 3mm thickness attached to the exchange surface of the sandwich panel, the storage system eliminated the heating demand for 2 hours during the period of high daily demand in winter
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Vigouroux, Mathieu Pierre. "Mesure de déformation et cristallinité à l'échelle nanométrique par diffraction électronique en mode précession". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY012/document.
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La diffraction électronique en mode précession (PED) est une méthode récente d’acquisition de clichésde diffraction permettant de minimiser les interactions dynamiques. L’objectif de cette thèse est dedévelopper une méthodologie d’acquisition et de traitement des clichés de diffraction en modeprécession afin de mesurer les champs de déformation en combinant une résolution spatialenanométrique et une sensibilité inférieure à 10-3 typiquement obtenues par d’autres techniques usuellesde microscopie, telle que l’imagerie haute-résolution. Les mesures ont été réalisées sur un JEOL 2010Aéquipé du module de précession Digistar produit par la société Nanomegas.Un système modèle constitué de multicouches Si/SiGe de concentrations connues en Ge a été utilisépour évaluer les performances de la méthodologie développée dans cette thèse. Les résultats indiquentune sensibilité sur la mesure de contraintes qui atteint, au mieux, 1x10-4 et un accord excellent avec lescontraintes simulées par éléments finis. Cette nouvelle méthode a pu ensuite être appliquée sur despuits quantique d’InGaAs et sur des transistors de type Ω−gate.La dernière partie traite d’un nouvel algorithme permettant d’évaluer de manière robuste et rapide lapolycristallinité des matériaux à partir d’une mesure PED. Nous donnons des exemples d’applicationde cette méthode sur divers dispositifsPrecession electron diffraction (PED) is a recent technique used to minimize acquired diffractionpatterns dynamic effects. The primary intention of this PhD work is to improve PED (PrecessionElectron Diffraction) data analysis and treatment methodologies in order to measure the strain at thenanoscale. The strain measurement is intended to reach a 10-3 strain precision as well as usualmicroscopy techniques like high-resolution imaging. To this end, measurements were made with aJEOL 2010A with a Digistar Nanomegas precession module.The approach developed has been used and tested by measuring the strain in a Si/SiGe multilayeredreference sample with a known Ge Content. Strain measurements reached 1x10-4 sensitivity withexcellent finite element strain simulation agreement. This process has been also applied to measure thestrain in microelectronic InGaAs Quantum Well and an "Ω-gate" experimental transistor devices.The second approach developed has been made to provide a robust means of studying electrontransparent nanomaterial polycrystallinity with precession. Examples of applications of this analysismethod are shown on different devices
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Almoric, Jean. "Développement d'un nouvel instrument couplant FIB/SEM UHV et OTOF-SIMS à haute résolution spatiale pour la microélectronique et ses applications". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2021. http://www.theses.fr/2021AIXM0368.
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La spectrométrie de masse d’ion secondaire (SIMS) est probablement la technique d'analyse chimique la plus largement utilisée en science des semi-conducteurs et en métallurgie en raison de sa sensibilité ultime à tous les éléments notamment au plus légers. Avec la réduction de la taille des systèmes, l'imagerie chimique 3D haute résolution devient une condition préalable au développement de nouveaux matériaux. Dans cette thèse, nous rapportons le développement et l’optimisation d'un SIMS innovant implémenté dans un microscope électronique à balayage. L'équipement permet d’obtenir une cartographie chimique élémentaire à très haute résolution (~25nm). La capacité de la technique est démontrée avec la caractérisation à l'échelle nanométrique d’une part de superalliages métalliques nécessaire à la fabrication de pièces moteurs pour l’aviation et d’autre part d’alliages chalcogénures utilisés dans les mémoires à changement de phase de dernière génération développées en microélectroniqueSecondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) is probably the most widely used chemical analysis technique in semiconductor science and metallurgy because of its ultimate sensitivity to all elements, especially the lighter ones. With systems downsizing, high-resolution 3D chemical imaging is becoming a prerequisite for the development of new materials. In this thesis, we report the development and optimization of an innovative SIMS implemented in a scanning electron microscope. The equipment makes it possible to obtain elementary chemical mapping at very high resolution (~25nm). The capacity of the technique is demonstrated with the characterization at the nanometric scale on the one hand of metallic superalloys necessary for the manufacture of aircraft engine parts and on the other hand of chalcogenide alloys used in the latest generation phase change memories developed in microelectronics
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Schlosser, Rebeiz Pauline. "Influence des aspects mécaniques et thermiques sur les mécanismes de déformation d'alliages NiTi". Phd thesis, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00384405.
Texto completoResumen
La transformation martensitique thermoélastique apparaissant dans les alliages à mémoire de forme (AMF) de type Nickel-Titane (NiTi) est un mécanisme de déformation conférant à ces matériaux des propriétés remarquables de plus en plus utilisées. Les forts phénomènes de localisation des déformations lors d'essais de traction superélastique remettent en cause l'utilisation de cet essai pour bâtir des lois de comportement, alors que d'autres essais comme la torsion et le cisaillement apparaissent comme plus homogènes.Ce travail de thèse est dédié à l'analyse des mécanismes de déformation des AMF NiTi. Les comportements homogènes et localisés ont été étudiés en fonction des géométries d'échantillons, des types de sollicitations et des conditions d'essais. L'originalité de cette étude est d'utiliser deux méthodes de mesures de champs : (i) la corrélation d'images afin d'obtenir les champs cinématiques et d'observer les localisations de déformation ; (ii) la thermographie infrarouge pour mesurer les champs de température et analyser les phénomènes de changement de phase. Afin d'utiliser ces techniques simultanément, des outils de recalage spatial et temporel des données ainsi que des techniques d'estimation de sources de chaleur ont été développés. Lors d'essais superélastiques, cette étude a permis d'une part de mettre en évidence la présence de changement(s) de phase homogène en début de charge et de décharge, d'autre part de caractériser de manière quantitative les différentes morphologies de localisation. Les outils développés sont une première tentative pour disposer, à l'issue de ce travail, d'une DSC locale sous chargements mécaniques.
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Vigouroux, Mathieu. "Mesure de déformation et cristallinité à l'échelle nanométrique par diffraction électronique en mode précession". Thesis, 2015. http://www.theses.fr/2015GRENY012/document.
Texto completoResumen
La diffraction électronique en mode précession (PED) est une méthode récente d’acquisition de clichésde diffraction permettant de minimiser les interactions dynamiques. L’objectif de cette thèse est dedévelopper une méthodologie d’acquisition et de traitement des clichés de diffraction en modeprécession afin de mesurer les champs de déformation en combinant une résolution spatialenanométrique et une sensibilité inférieure à 10-3 typiquement obtenues par d’autres techniques usuellesde microscopie, telle que l’imagerie haute-résolution. Les mesures ont été réalisées sur un JEOL 2010Aéquipé du module de précession Digistar produit par la société Nanomegas.Un système modèle constitué de multicouches Si/SiGe de concentrations connues en Ge a été utilisépour évaluer les performances de la méthodologie développée dans cette thèse. Les résultats indiquentune sensibilité sur la mesure de contraintes qui atteint, au mieux, 1x10-4 et un accord excellent avec lescontraintes simulées par éléments finis. Cette nouvelle méthode a pu ensuite être appliquée sur despuits quantique d’InGaAs et sur des transistors de type Ω−gate.La dernière partie traite d’un nouvel algorithme permettant d’évaluer de manière robuste et rapide lapolycristallinité des matériaux à partir d’une mesure PED. Nous donnons des exemples d’applicationde cette méthode sur divers dispositifsPrecession electron diffraction (PED) is a recent technique used to minimize acquired diffractionpatterns dynamic effects. The primary intention of this PhD work is to improve PED (PrecessionElectron Diffraction) data analysis and treatment methodologies in order to measure the strain at thenanoscale. The strain measurement is intended to reach a 10-3 strain precision as well as usualmicroscopy techniques like high-resolution imaging. To this end, measurements were made with aJEOL 2010A with a Digistar Nanomegas precession module.The approach developed has been used and tested by measuring the strain in a Si/SiGe multilayeredreference sample with a known Ge Content. Strain measurements reached 1x10-4 sensitivity withexcellent finite element strain simulation agreement. This process has been also applied to measure thestrain in microelectronic InGaAs Quantum Well and an "Ω-gate" experimental transistor devices.The second approach developed has been made to provide a robust means of studying electrontransparent nanomaterial polycrystallinity with precession. Examples of applications of this analysismethod are shown on different devices