Littérature scientifique sur le sujet « Anisotropie de dilatation thermique »

Nous présentons une étude numérique et analytique concernant le transfert combiné de chaleur et de masse dans un milieux poreux. Ce milieu est globalement homogène et présente une anisotropie thermique. L'équation qui gouverne l’écoulement est celle de Darcy-Brinkman. Le système d'équations couplées est résolu par la méthode classique des volumes finis. Dans le cas d'écoulements d'origine thermique, l'analyse d'échelle est appliquée pour prédire analytiquement l'évolution du transfert de chaleur et de masse en fonction de l'anisotropie thermique. Les simulations numériques sont présentées pour une cavité carrée en faisant varier une large gamme de paramètres. Les résultats numériques sont analysés en terme de transfert moyen de chaleur et de masse sur les parois verticales de la cavité et montrent l’existence d’un maximum de transfert de masse pour un rapport d'anisotropie critique. Cette situation critique dépend de plusieurs paramètres dont le nombre de Lewis du fluide saturant. Ces résultats sont comparés à ceux prédits par l'analyse d'échelle, dans le cas d'un écoulement en couche limite (modèle de Darcy), et une corrélation générale est établie pour le calcul du transfert de masse et de chaleur en fonction des différents paramètres étudiés.

The work deals with a macroscopically isotropic energetic material based on triamino-trinitrobenzene (TATB) crystals bonded with a small volume fraction of a thermoplastic polymer. This material is shown experimentally to display an irreversible thermal expansion behavior characterized by dilatancy and variations of its thermal expansion coefficient when heated or cooled outside a narrow reversibility temperature range. The analysis of cooling results suggests the existence of residual stresses in the initial state, attributed to the manufacturing process. Microstructure-level FFT computations including the very strong anisotropic thermoelastic TATB crystal response and temperature-dependent binder plasticity, show that strong internal stresses develop in the disoriented crystals under thermal load, either heating or cooling. Upon cooling, binder plastic yielding in hindered, thus promoting essentially brittle microcracking, while it is favored upon heating. Despite its low volume fraction, the role of the binder is essential, its plastic yielding causing stress redistribution and residual stresses upon cooling back to ambient.

Les travaux sur le lien entre la fabrication et la texture à partir de tôles en zircaloy-4 laminées à froid permettent de quantifier l'influence du type de laminage, du taux d'écrouissage et du traitement thermique sur la texture et les caractéristiques mécaniques résultantes. Ces travaux sont complétés par une analyse de l'état structural et des niveaux de contrainte induits au cours des différents traitements mécaniques et thermiques. Le laminage unidirectionnel suivant la direction initiale de laminage ne fait qu'augmenter l'anisotropie du produit initial, sans modifier le type de texture. Les laminages croises imposent aux cristaux une réorientation plus importante qui, dans le cas du laminage combine, dépend de l'importance donnée a chaque laminage partiel. Ces effets peuvent être expliques en faisant des analogies avec les textures de traction et de compression. Un modelé de type Taylor, contraintes relâchées, prévoit très exactement les différents chemins de déformation étudiés, les systèmes de déformation actifs étant essentiellement le glissement basal et prismatique et de façon moindre le glissement pyramidal. L'analyse tridimensionnelle de la F. D. O. C. Et des coefficients de son développement a permis d'aborder le calcul de propriétés physiques macroscopiques. Un développement similaire à 2 dimensions à partir de la technique des figures de pôles inverses permet de calculer les mêmes propriétés suivant une direction particulière de l'échantillon. Les coefficients de dilatation thermique ainsi calculés correspondent fidèlement à ceux déterminés expérimentalement avec un dilatomètre. Le module de Young et le coefficient de poisson calcules à partir des constantes du monocristal de Zr pour la symétrie d'échantillon orthotrope en considérant les hypothèses de Voigt, Reuss et Hill recoupent avec une bonne précision ceux mesures, à partir d'éprouvettes de traction munies de jauges extensométriques, dans l'état détendu et recristallise. Pour l'état écroui, l'accord est moins bon car il faut aussi tenir compte des perturbations dues à l'écrouissage. Dans ce cas l'utilisation d'un modèle respectant les interactions entre les grains semble tout à fait approprie. Le calcul d'un facteur d'anisotropie, de la limite élastique et du coefficient d'emboutissabilité de Lankford en ne considérant que la composante majeure de la texture et le seul glissement prismatique, reproduisent fidèlement les mesures effectuées à partir de tractions instrumentées

Ce travail porte sur le développement et l'évaluation des performances d'un dilatorefractométre interférométrique laser, conçu pour établir le comportement thermo-optique de matériaux optiques anisotropes. Le but premier est l'étude des conditions thermiques de mise en œuvre optimale de matériaux à application en optique non linéaire. L'objectif est de pouvoir déterminer des variations d'indice de réfraction en fonction de la température à la sixième décimale prés sur des monocristaux de dimensions millimétriques; une première étape nécessaire consiste à mesurer aussi les coefficients de dilatation avec une précision équivalente. Différentes méthodes permettant d'accéder à ces deux paramètres avec la tolérance souhaitée sont exposées au chapitre 1. Le montage métrologique qu'il s'est avère nécessaire de mettre au point est décrit au chapitre 2 ainsi que toutes les sources d'incertitudes. Dans le chapitre 3, la mise en évidence de la sensibilité de l'appareillage est effectuée par l'étude dilatométrique de la transition de phase de second ordre d'un monocristal de sulfate de triglycine. Dans ce même chapitre les comportements dilatométriques et thermo-optiques de linbo3 et ktp sont analyses de 20c a 160c et pour plusieurs longueurs d'onde. Ces données métrologiques sont mises à profit au chapitre 4 pour: (a) prévoir les variations des angles d'accord de phase non critique pour la SHG en type 2 dans le cas de KTP; (b) déterminer la température de phase matching non critique pour la même interaction, en type 1, dans le cas de linbo3 et d'en prévoir la largeur thermique

Les matériaux réfractaires sont largement utilisés dans les applications à haute température mais ne sont pas toujours enclins à résister aux chocs thermiques sévères. Pour résoudre ce problème, une microstructure incorporant des microfissures préexistantes est une solution bien connue pour améliorer la résistance aux chocs thermiques. Néanmoins, une telle microstructure endommagée nécessite une meilleure compréhension pour optimiser son design sans compromettre l'intégrité du matériau. Dans un tel contexte, le Titanate d'Aluminium (Al₂TiO₅, AT) présentant une forte anisotropie de dilatation thermique, constitue un système modèle idéal pour créer un réseau de microfissures adapté afin d'améliorer la flexibilité et le comportement à la rupture. Cette thèse étudie les propriétés thermomécaniques des matériaux réfractaires développés à base d'AT, comprenant des céramiques polycristallines et des composites alumine/AT, en mettant l'accent sur les relations entre la microstructure et les propriétés macroscopiques. Dans le cas de ces deux matériaux, les microfissures préexistantes jouent un rôle clé sur le module de Young, le comportement de dilatation thermique, la réponse contrainte-déformation en traction, l'énergie de rupture et donc la résistance aux chocs thermiques. Un effet d’hystérésis significatif sur le module de Young et l’expansion thermique en fonction de la température témoigne des mécanismes de fermeture-réouverture de microfissures. Des essais de traction uniaxiale ont mis en évidence des lois de comportement non linéaires, impactant l'énergie de rupture et la résistance aux chocs thermiques. En particulier, des essais de traction incrémentale à 850 °C ont montré des comportements antagonistes à la montée ou à la descente en température du fait de l’histoire thermique. Les composites (alumine/AT) avec des 0 à 10 % d’inclusions présentent des microfissures diffuses dues à un différentiel d’expansion thermique. Ils présentent un module de Young réduit, des lois de comportement fortement non linéaires et une déformation à la rupture plus élevée à température ambiante. Les essais de choc thermique effectués par le dispositif innovant ATHORNA pour tous les matériaux à base d'AT étudiés ont confirmé leur résilience sous gradient thermique élevé. Ces résultats fournissent des informations précieuses pour le design de futurs matériaux réfractaires avancés présentant une résistance aux chocs thermiques améliorée
Refractory materials are widely used in high-temperature applications but are not always prone to resist severe thermal shock. To address this problem, microstructure incorporating pre-existing microcracks are already well known to improve thermal shock resistance. Nevertheless, such damaged microstructure needs a better understanding to optimize their design without compromising material integrity. In such context, Aluminum Titanate (Al₂TiO₅, AT) exhibiting a great thermal expansion anisotropy, constitutes an ideal model system for creating a tailored microcracks network in order to improve flexibility and fracture behavior. This thesis investigates the thermomechanical properties of developed AT-based refractory materials, including polycrystalline AT and alumina/AT composites, with emphasis on the relationship between microstructure and macroscopic properties. In both materials, pre-existing microcracks play a key role on Young's modulus, thermal expansion behavior, tensile stress-strain response, fracture energy, and thus thermal shock resistance. A significant hysteretic effect on Young's modulus and thermal expansion as a function of temperature indicates microcracks closure-reopening mechanisms. Uniaxial tensile tests revealed nonlinear stress-strain laws, impacting fracture energy and thermal shock resistance. In particular, incremental tensile tests at 850 °C showed contrasting behaviors during heating and cooling, attributed to thermal history. Composite materials with AT inclusions (0 - 10 wt.%) embedded in an alumina matrix exhibit diffuse microcracking due to thermal expansion mismatch. These composites exhibited reduced Young's modulus, highly nonlinear stress-strain laws, and higher strain to rupture at room temperature. Thermal shock tests performed by the innovative ATHORNA device for all studied AT-based materials confirmed their resilience under high thermal gradients. These findings provide valuable insights for the design of future advanced refractory materials with improved thermal shock resistance

L'objectif de ce travail concerne l'étude de l'amorphisation sous pression (PIA) dans des aluminophosphates, qui présentent des coefficients de expansion thermiques négatif (NTE). La synthèse de ces aluminophosphates, leur stabilité en température (dilatation) ainsi que leur comportement sous pression (amorphisationant) été étudiés. Les aluminophosphates choisis pour réaliser cette étude sont AlPO4-54, premier tamis moléculaire uniforme ayant des pores (unidimensionnelles parallèles à l'axe c) de diamètre supérieur à 1 nm, et AlPO4-17, qui présente une porosité tridimensionnelle et le plus fort coefficient de dilatation thermique négatif connu dans les matériaux oxydes. Chaque matériau déshydrataté a été étudié par diffraction des rayons-X sous pression en cellule à enclume de diamants (CED). AlPO4-54 subit une transformation de phase vers AlPO4-8 sous pression avant l'amorphisation. Au contraire, AlPO4-17 qui s'amorphise à basses pressions, est extrêmement compressible et présente une instabilité élastique, avec valeur négative pour B0'. Des valeurs anormales (négatives) pour B0' sont rares et ont déjà été observées pour des cyanures et des MOF (metal organic framework). Cette instabilité semble être caractéristique des matériaux présentant une forte NTE, montrant le lien entre la NTE et la compressibilité anormale. L'influence de la basse température sur l'eau confinée dans les pores de la structure d'AlPO4-54•xH2O a été étudié par diffraction des rayons X et par spectroscopie Raman sur monocristal. Les résultats ont été comparés à des simulations Monte Carlo sur le matériau. Les résultats ont montré que les molécules d'eau en contact avec la surface de la structure du pore unidimensionnel sont plus ordonnées vers 173 K, alors que l'eau du centre du pore est restée dans un état de type verre (liquide) à toutes les autres températures étudiées. L'amorphisation d'AlPO4-54•xH2O a été suivie par diffraction des rayons X et par spectroscopie Raman in-situ sous pression dans une CED en utilisant huile de silicone et l'eau comme milieux transmetteurs de pression. Des analyses ex-situ des échantillons de la forme amorphe d'AlPO4-54•xH2O ont été réalisées par résonance magnétique nucléaire et spectroscopie d'absorption de rayons x au synchrotron Soleil (ligne LUCIA). L'analyse de la structure locale a révélé qu'un changement de coordinence est responsable pour la déstabilisation de la structure : deux molécules d'eau ont été contraintes à entrer dans la sphère de coordination de l'Al tétraédrique, devenant ainsi un site octaédrique
The aim of this study is to investigate pressure-induced amorphisation (PIA) in negative thermal expansion (NTE) aluminophosphates. The aluminophosphates AlPO4-17 and AlPO4-54 are of particular importance, the first exhibits the highest known degree of negative thermal expansion for an oxide and the second exhibits the largest pores known for zeolites with a diameter of 12 Å. These materials exhibit unusual behavior upon compression due to the softening of a large number of low frequency modes leading to pressure-induced amorphisation. The pressure-induced amorphisation in the exceptional NTE material AlPO4-17 was studied by in situ X-ray powder diffraction. AlPO4-17 shows anomalous behavior under pressure with elastic instability and negative value of B0'. Anomalous compressibility behavior may be observed in other materials that exhibit strong NTE, indicating a link between these two physical properties due by low-energy lattice vibrations. The pressure-induced phase transition of the AlPO4-54 to AlPO4-8 and the consequent amorphisation of the final structure, was studied by X-ray diffraction in situ at high pressures. The freezing of nanoconfined water in the AlPO4-54•xH2O was studied by Single Crystal X-ray Diffraction and Raman spectroscopy experiments and were compared to Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations. Results shows that, at the pore surface, the adsorbed layer of water molecules had a crystal-like orientational order, in contrast, a cylindrical core of glassy water in the pore center is present due to the frustration arising from the curvature. The effect of H2O on the (PIA) of AlPO4-54•xH2O was studied by in situ X-ray powder diffraction and Raman spectroscopy under high pressures. Ex situ analysis were used to investigate the local structure of pressure-amorphized microporous AlPO4-54•xH2O by nuclear resonance magnetic and by X-ray absorption spectroscopy at the synchrotron Soleil (beamline LUCIA) which shows that, upon increasing the pressure, two water molecules enters in the coordination sphere of IVAl, changing the coordination from 4- to 6-fold, which destabilizes the structure

La prédiction des formes et des propriétés finales de pièces composites nécessite le recours à une modélisation fine du comportement thermo-chémo-mécanique de la matière. Pour alimenter ces modèles, on peut soit estimer les propriétés du matériau composite à partir de celles des constituants, soit mesurer directement les propriétés du matériau. Dans un premier temps, un modèle multiphysique du dispositif de caractérisation des résines thermodurcissables PvTα a été développé. Il a été validé à l'aide d'essais expérimentaux et a permis de montrer l'importance des gradients de température et d'avancement lors de la caractérisation expérimentale du module de compressibilité de la résine. Ensuite, la méthode d'homogénéisation par développements asymptotiques a permis la modélisation des transferts thermiques durant la mise en forme des matériaux composites. L'homogénéisabilité du problème a été discutée. Appliquée à un modèle élastique, cette méthode a permis d'estimer les tenseurs de dilatation thermique et de retrait chimique, ainsi que l'évolution des propriétés mécaniques d'un matériau durant sa transformation. Le couplage entre les différentes physiques a également été réalisé, permettant de prédire les déformations d'une pièce durant sa mise en forme. Finalement, un nouveau dispositif de caractérisation a été développé. Il permet la mesure des dilatations du matériau suivant deux directions simultanées durant toute sa transformation. Les résultats qui en sont issus sont en accord à la fois avec des mesures réalisées sur d'autres dispositifs et les résultats issus de la méthode d'homogénéisation
A fine thermo-chemo-mechanical modeling of the material behavior is necessary in order to predict composite parts final shape and properties. There are two options in order to feed these models: estimating the material effective properties thanks to the properties of its constituents, or directly measuring the composite material properties. At first, a multiphysics model of the thermosetting resins characterization device called PvTα was developed. It was validated compared to experimental results and suggested that temperature and degree of cure gradients had to be taken into account when measuring the resin bulk modulus. Then, asymptotic expansion homogenization method was used to model the heat transfers during the cure of composite materials. The upscaling possibility was discussed. This method was then applied to a linear elasticity model, allowing to estimate thermal expansion and chemical shrinkage tensors, as well as the mechanical properties evolution of a unidirectional material during cure. The coupling of these different physics was performed, leading to the prediction of the deformation of a part during cure. Finally, a new characterization device was developed. It allows for the simultaneous recording of the material deformations along two different directions, as well as the degree of cure and temperature. The first results are very promising and validated compared to other measurements and to numerical results from the homogenization method

Ce mémoire présente le développement de simulations numériques du soudage bout à bout par le procédé MAG (Métal Active Gas) de deux plaques planes en acier au carbone AISI 516. L'objecfif principale de cette étude est l'approximation de l'effet du changement de volume, dû aux changements de phase du matériau, sur les contraintes résiduelles par l'introduction d'une modification appropriée sur la courbe du coefficient de dilatation thermique (CDT). Cette modification consiste en l'introduction d'un comportement d'hystérésis dans la courbe du CDT. L'existence de cette hystérésis est cohérente avec le fait qu'une hystérésis similaire est observée dans la courbe des déformations thermiques pendant un cycle de chauffage et de refroidissement d'un matériau présentant des changements de phase. Un modèle tridimensionnel avec élément coque a été élaboré grâce au programme d'éléments finis Ansys . L'analyse est de type thermostructural séquentiel. Deux simulations sont réalisées, avec et sans l'introduction de l'hystérésis sur la courbe du CDT, afin de mettre en évidence l'influence de cette modification. Il a été constaté que l'effet de cette hystérésis pourrait réduire la valeur de la contrainte longitudinale résiduelle, dans le cordon de soudure, bien en dessous de la limite élastique du matériau. De plus, une étude de sensibilité a montré que certaines valeurs des caractéristiques de cette hystérésis puissent rendre la contrainte résiduelle longitudinale sur le cordon de soudure en compression comme c'est le cas pour certains types de matériaux.

Résumé : Plusieurs auteurs ont établi en laboratoire qu’il y a une variation de la radiation émise dans le domaine de l’infrarouge thermique (8-14 ) en fonction de l’angle de visée du capteur. Les présents résultats consistent en l’étude de cette variation sur des images aéroportées obtenues par te capteur Daedalus DS-1260 du Centre Canadien de Télédétection. Le milieu d’étude est localisé dans la zone agricole de ta plaine du Saint-Laurent, au sud de la ville de Trois-Rivières, Canada. Le phénomène des comportements anisotropes a été observé à partir de différentes cibles (eau, végétations sol nu et routes) ayant des propriétés identiques. Nous avons extrait les valeurs du signal (température de radiance) en fonction de différentes positions des cibles par rapport à la ligne au nadir pour des données de jour et de nuit. Suite à cette étape des opérations statistiques permettent d’obtenir des données pour tous les angles de visée possibles (+37° à -37°) du capteur et de bien caractériser les changements liés à la couche atmosphérique et aux pixels mixtes. Ces résultats sont comparés à ceux de divers auteurs pour évaluer l’importance des variations rencontrées. Pour corriger tes modifications causées par le grand angle de visée du capteur nous proposons trois algorithmes de correction. Ces méthodes sont basées sur une normalisation des données par rapport à celles de ta ligne au nadir.||Abstract : Several authors have established in laboratory studies that there is a variation of the radiation emitted in the thermal infrared domain (8-14) as a function of the field of view of the sensor. The present results consist in a study about this variation. We used aerial images acquired by the Daedalus DS-1260 of the Canadian Centre for Remote Sensing. The area studied is located in the agricultural zone of the Saint-Laurent lowlands, south of the city of Trois-Rivières, Canada. The phenomenon of anisotropy bas been observed for different type of target (water, vegetation bare soil and roads) having identical characteristics. We have extracted the signal recorded (radiance temperature) as a function of different positions of the target on each side of nadir, for day and night data. Several statistical analyses of the airborne data enabled us to obtain data for the hole [sic] range of angle possible by the sensor (+ 37° or -37°). These gave us the opportunity to characterize the changes introduced by the atmospheric layer and the mixed pixel. The results are also compared with different authors. To correct the bias caused by the scan angle we proposed three corrections algorithms. These methods are based on a normalization of the data in regard of those at the nadir.

Ce travail se place dans le cadre de la recherche de céramiques susceptibles de fonctionner à plus hautes température que la zircone yttriée, le système le plus employé actuellement pour constituer la couche isolante des barrières thermiques de turbines, aéronautiques ou terrestres. Une analyse des critères auxquels doit répondre une telle céramique a conduit à choisir la famille des perovskites, et, en conclusion de calculs de conductivité thermique par dynamique moléculaire, à sélectionner BaMg1/3Ta2/3O3 (BMT), un composé dont le point de fusion est supérieur à 2900°C. Un mode d’élaboration par voie solide a été développé pour obtenir cet oxyde sous forme dense. En guise de référence, des matériaux denses de zircones yttriées complètement stabilisées ont également été élaborés. Ces deux oxydes ont ensuite été caractérisées expérimentalement : structure par diffraction de rayons X, conductivité thermique jusqu’à 1200°C à partir de la mesure de la diffusivité thermiques par méthode flash laser, coefficient de dilatation entre 200 et 1200°C. Une étu de du gravage thermique de joints de grains, avec suivi par microscopie à force atomique du profil de joints après traitements entre 1100°C et 1400°C, a permis dans certains cas de déterminer le coefficient de diffusion en surface. Il ressort de cette étude que, si la perovskite BMT possède un ensemble de propriétés intéressantes pour constituer une barrière thermique : stabilité structurale, conductivité thermique à 1200°C du même ordre que celle de la zircone yttriée (autour de 2 W. M-1. K-1), coefficient de dilatation élevé (11. 10-5 /K entre 200 et 1200°C), des phénomènes de sublima tion sont susceptibles de perturber la stabilité de couches à très hautes températures.

Cette thèse présente une étude du comportement thermique du réseau à basse température dans les conducteurs organiques à transfert de charge quasi-unidimensionnels (TMTSF)2X. A cet effet, une technique capacitive de dilatométrie a été mise au point, permettant d’accéder avec une grande précision (10-8 en valeur relative) aux variations du paramètre de maille suivant l’axe d’empilement des molécules de TMTSF (tétraméthyltétraselenoful-valène). Les résultats des mesures, réalisées sur les deux composés (TMTSF)2PF6 et (TMTSF)2ClO4 ont été corrélés à leurs propriétés physiques, électroniques ou structurales, à basse température. En particulier : - dans (TMTSF)2PF6 l’absence d’anomalie à la transition métal-isolant magnétique sous pression ambiante. - dans (TMTSF)2ClO4 une contraction excédentaire du réseau à la transition de mise en ordre des anions ClO4-, proportionnelle au carré du paramètre d’ordre mesuré aux rayons X. Une analyse phénoménologique d’Ising 3D traitée en champ moyen puis en approximation de Bethe a été développée et permet d’estimer quantitativement les paramètres physiques introduits dans le modèle, tels que l’interaction effective entre les anions, sa variation selon l’axe a, et la constante élastique du système suivant ce même axe
This thesis presents a study of low temperature behaviour of the lattice of quasi-1D charge transfer organic conductors (TMTSF)2X. For this, we develop a capacitance technique for thermal expansion measurements, which provides a very good precision (10-8 for ∆2/2) on the variation of the lattice parameters along the stacking axis of TMTSF (tetramethyltetraselenofulvalene) molecules. The results obtained on the two compounds (TMTSF)2PF6 and (TMTSF)2ClO4 have been correlated to their physical, electronic and structural properties at low temperature. Especially: - in (TMTSF)2PF6 no anomaly was observed at the metal to magnetic insulator transition at ambient pressure. - In (TMTSF)2ClO4 an extra contraction of the lattice accompanies the anion ordering of ClO4-; this term is proportional to the square of the order parameter deduced from X-ray measurements. A phenomenological Ising 3D analysis (treated first in a mean field approximation and then in a Bethe approximation) has been developed and allows us to estimate quantitatively the physical parameters of the model such as the effective interaction between the ions, its variation with the a-axis lattice constant and the elastic constant at the system along this axis