Tesi: "Elasticité et Conductivité Thermique"

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Abidi, Sonia. "Matériaux composites à haute tenue thermique : influence de la micro-nanostructure sur les transferts moléculaires, électroniques et thermiques". Thesis, Toulon, 2014. http://www.theses.fr/2014TOUL0019/document.

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Abstract (sommario):

Les matériaux de protection incendie sont largement utilisés pour assurer la sécurité des usagers des infrastructures. Les normes de protection incendie évoluant régulièrement, les matériaux doivent être de plus en plus performants. Ceux-ci sont généralement des mortiers constitués d’oxydes réfractaires et isolants. L’objectif de ce travail est de mettre au point un composite coupe-feu 4 h applicable par projection mais également de déterminer ses propriétés thermiques et mécaniques.Dans une première partie, cette étude reprend les différentes étapes de l’élaboration d’un matériau de protection incendie, après la présentation de la démarche qui a guidé l’élaboration de nos matériaux, nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la composition chimique de la matrice ainsi que celle du ciment. Leurs propriétés thermiques et mécaniques ont été passées en revue.Les matières premières nécessaires à l’élaboration d’un mortier ont ensuite été sélectionnées. L’évolution, respectivement de la conductivité thermique, de la diffusivité, de la porosité, de la chaleur spécifique et des propriétés mécaniques des mortiers choisis en fonction de la nature et de la quantité de charges incorporées à la matrice a été étudiée. Une description des divers modèles analytiques et numériques permettant la représentation de la conductivité thermique et du module d’Young des matériaux a permis de développer un modèle capable de prédire le comportement thermique et mécanique des composites en fonction de la nature et de quantité de charges ajoutées.Dans une seconde partie, la cinétique de la réaction d’hydratation du plâtre afin de maîtriser les temps de prise et pour faciliter la production des projetés dans la chaîne industrielle a été étudiée. L’influence sur la cinétique d’hydratation, de la composition chimique du plâtre, de sa granulométrie et de l’ajout d’adjuvants couramment utilisés dans l’industrie plâtrière, a également été traitée.10A l’issue de cette étude, deux formulations de composites projetables ont été mises au point
Fire protection materials are widely used to ensure the safety of users of the infrastructure. Standards of fire protection regularly operating, the materials must be more efficient. These are generally composed of refractory mortar and insulating oxides. The objective of this work is to develop a firewall composite 4 h applied by projecting but also to determine the thermal and mechanical properties.In the first part, this study describes the various stages of the development of a fire protection material, after the presentation of the approach that has guided the development of our materials, we are interested especially in the chemical composition of the matrix and that of the cement. Their thermal and mechanical properties have been reviewed.The raw materials for the preparation of mortar were selected. The evolution respectively of thermal conductivity, diffusivity, porosity, specific heat and the mechanical properties of mortars chosen according to the nature and amount of the fillers incorporated in the matrix has been studied. A description of the various analytical and numerical models for the representation of the thermal conductivity and Young's modulus of the materials led to the development of a model able to predict the thermal and mechanical behavior of composites based on the nature and amount of charges added.In a second part, the kinetics of the hydration reaction of gypsum to control setting time and to facilitate the production of the composite in the industrial chain was studied. The influence on the kinetics of hydration, of the chemical composition of the gypsum, particle size distribution and the addition of adjuvant commonly used in the plaster industry, has also been treated.At the end of this study, two formulations of composites applied by projection were developed

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Du, Kou. "Modélisation micromécanique de géomatériaux en prenant en compte des anisotropies microstructurale et matricielle". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/DDOC_T_2021_0254_DU.pdf.

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Abstract (sommario):

Les propriétés mécaniques des géomatériaux hétérogènes sont évaluées en prenant simultanément en compte l'anisotropie microstructurale ainsi que celle du matériau matriciel. A cet effet, l'anisotropie de la microstructure est représentée par la complexité de forme poreuse et/ou d'inclusion qui est considérée dans le présent travail comme concave ou convexe en portant nos attentions particulières aux pores supersphériques et supersphéroïdaux axisymétriques. Les tenseurs de concentration et de contribution sont calculés numériquement à l'aide de la méthode des élément finis (FEM), qui est ensuite utilisés au niveau de la modélisation semi-analytique pour l'objectif d'évaluer des propriétés effectives associées, telles que des réponses effectives élastiques et celles de conductivité. Plus précisément, afin de résoudre le 2ème problème d'Eshelby (Eshelby (1961)) dans le cas d'inhomogénéités 3D et non ellipsoïdales, nous utilisons conditions aux limites adaptées récemment développées par Adessina et al. (2017) basé sur une solution en champ lointain (Sevostianov and Kachanov (2011)) pour intégrer l'anisotropie matricielle et la correction du biais induit par le caractère borné du domaine du maillage, ce qui permet d'accélérer la convergence du calcul sans sacrifier sa précision. En adoptant la technique d'homogénéisation numérique, les tenseurs de contribution compliance/résistivité sont calculés pour différentes formes de pores (attention particulière des pores supersphéroïdaux et supersphériques) noyés dans une matrice isotrope transverse. La méthode numérique proposée s'avère efficace et précise après un grand nombre d'estimations et leurs validations. Dans certains cas particuliers, ces validations s'effectuent avec des comparaisons entre les résultats analytiques et numériques disponibles dans littérature. En prenant en compte les résultats numériques obtenus pour des microstructures tridimensionnelles (3D) considérées, les tenseurs de contribution dans les deux cas d'inclusions/pores concaves indiqués ci-dessus, supersphère et supersphéroïde axisymétrique, sont développées dans les contextes des problèmes élastiques et thermiques. Notons ici que la forme d'inclusion/pore sphérique (i.e. paramètre de concavité p=1) ainsi que celle de fissure circulaire (i.e. rapport d'aspect γ → 0), qui peuvent être considérés comme deux cas particuliers, sont également étudiés. Cela permet d'évaluer et de valider la méthode proposée dans le présent travail. De plus, dans le cadre de l'homogénéisation, une application aux géomatériaux poreux à matrice isotrope transverse, tels que les roches argileuses, est présentée pour illustrer l'impact du paramètre de concavité et celui de l'anisotropie de la matrice sur les propriétés globales à travers plusieurs schémas d'homogénéisation micromécanique, tels que l'approche basée sur l'approximation de non-interaction (i.e. NIA: Non-Interaction Approximation), schéma de Mori-Tanaka-Benveniste et celui de Maxwell. Les propriétés effectives des composites à pores réguliers sont également estimées à l'aide de l'approche dite champ complet par simulations numériques, puis comparées à la modélisation micromécanique. L'effet de microstructure complexes est étudié en considérant des Volumes Elémentaires Représentatifs (VERs) périodiques contenant des arrangements aléatoires des pores noyés dans des matrices isotropes transverses
The mechanical properties of heterogeneous geomaterials are evaluated by simultaneously taking into account the microstructural anisotropy as well as the one of matrix. To this end, the microstructural anisotropy is represented by the complexity of porous shape which is considered in the present work as concave or convex by particular attention to the superspherical and the axisymmetrical superspheroidal pores. The concentration and contribution tensors are numerically computed using Finite Element Method (FEM), which are next approximated by analytical expressions for the case of the concavity parameter being p<1, to evaluate the associated effective properties, such as effective elastic and thermal responses. Specifically, to solve the 2nd Eshelby problem (Eshelby (1961)) in the case of 3D non-ellipsoidal inhomogeneities, we make use of a recently developed adapted boundary condition (Adessina et al. (2017)) based on far-field solution (Sevostianov and Kachanov (2011)) to incorporate the matrix anisotropy and to correct the bias induced by the bounded character of the mesh domain, which allows to accelerate the computation convergence without sacrificing its accuracy. Simultaneously by complying with the numerical homogenization technique, the compliance/resistivity contribution tensors are computed for different forms of pores (particular attention of superspheroidal and superspherical ones) embedded in a transversely isotropic matrix. The proposed numerical method is shown to be efficient and accurate after several appropriate assessments and validation by comparing its predictions, in some particular cases, with analytical results and some available numerical ones. On the basis of these "3D" Finite Element Modeling, approximate relations of the property contribution tensors in the two aforementioned reference concave cases, supersphere and axisymmetric superspheroid, are developed for both elastic and thermal problems. Note here that the spherical pore (i.e. concavity parameter p=1) and circular crack (i.e. aspect ratio γ → 0), which can be considered as two particular cases, are also numerically studied. This allows to assess and validate the proposed method in the present work. Moreover, in the frame of homogenization, application to the typical porous geomaterials with transversely isotropic matrix such as clay rocks is presented to illustrate the impact of the concavity parameter and the matrix anisotropy on overall properties through several micromechanical homogenization schemes such as non-interaction approximation, Mori-Tanaka-Benveniste scheme and Maxwell scheme. The methodology of evaluation of the elastic and thermal properties of heterogeneous material aforementioned is proposed based on micromechanical homogenization via multiscale modeling. The overall properties of composites with regular pores are also predicted using direct finite element approaches and then compared against micromechanical modeling. The effect of microstructure is analyzed by considering periodic RVEs containing random arrangements of pores formed by transversely isotropic phases

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Chen, Fengjuan. "Modélisation micromécanique de milieux poreux hétérogènes et applications aux roches oolithiques". Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0134/document.

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Abstract (sommario):

La problématique suivie dans ce travail est la détermination des propriétés effectives, élastiques et conductivité, de matériaux poreux hétérogènes tels que des roches, les roches oolithiques en particulier, en relation avec leur microstructure. Le cadre théorique adopté est celui de l’homogénéisation des milieux hétérogènes aléatoires et on suit les approches par tenseurs d’Eshelby. Ces approches sont basées sur la résolution des problèmes d’Eshelby : le problème de l’inclusion (premier problème) et le problème de l’inhomogénéité (second problème) isolées dans un milieu infini. La solution de ces problèmes de référence est analytique, en élasticité linéaire isotrope et en diffusion linéaire stationnaire, dans le cas d’inhomogénéités 2D ou 3D de type ellipsoïde. Elle conduit à la définition de tenseurs caractérisant les interactions entre l’inclusion/inhomogénéité et le milieu environnant. On utilise dans ce travail les tenseurs de contribution relatifs à une inhomogénéité isolée, définis par Kachanov et Sevostianov 2013, contributions à la souplesse (élasticité) et à la résistivité (conductivité). Ces tenseurs au cœur des méthodes d’homogénéisation de type EMA (Effective Medium Approximation), et en particulier les schémas NIA (Non Interaction Approximation), Mori Tanaka et Maxwell. Ce travail est centré sur la caractérisation des paramètres géométriques microstructuraux dont l’influence sur les propriétés effectives est majeure. On étudie en particulier les effets de forme des inhomogénéités, la nouveauté est l’aspect 3D. Les observations microstructurales de roches oolithiques, dont le calcaire de référence de Lavoux, mettent en évidence des hétérogénéités de forme 3D et concave. En particulier les matériaux de remplissage inter-oolithes, pores ou calcite syntaxiale. Ces formes peuvent être observées sur d’autres matériaux hétérogènes et ont été peu étudiées dans le cadre micromécanique. Cela nécessite de considérer des formes non ellipsoïdales et de résoudre numériquement les problèmes d’Eshelby. Le cœur de ce travail est consacré à la détermination des tenseurs de contribution d’inhomogénéités 3D convexes ou concaves de type supersphère (à symétrie cubique) ou supersphéroïde (à symétrie de révolution). Le premier problème d’Eshelby a été résolu, dans le cas de la supersphère, par intégration numérique de la fonction de Green exacte (solution de Kelvin dans le cas isotrope) sur la surface de l’inclusion. Des modélisations 3D aux éléments finis ont permis de résoudre le second problème d’Eshelby et d’obtenir les tenseurs de contribution à la souplesse et à la résistivité pour les superphère et supersphéroïde. Sur la base des résultats numériques, des relations analytiques simplifiées ont été proposées pour les tenseurs de contribution sous forme de fonctions des paramètres élastiques des constituants et du paramètre adimensionnel p caractérisant la concavité. Un résultat important, dans le cas de la superphère et dans le domaine concave, est l’identification d’un même paramètre géométrique pour les tenseurs de contribution à la souplesse et à la résistivité. Les résultats numériques et théoriques obtenus sont appliqués à deux problèmes : l’estimation de la conductivité thermique effective de roches calcaires oolithiques d’une part et l’étude de l’extension des relations dites de substitution définies par Kachanov et Sevostianov 2007 au cas non ellipsoïdal d’autre part. Pour le premier problème, un modèle micromécanique de type Maxwell, à deux échelles a permis de retrouver les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature, en en particulier l’influence de la porosité sur la conductivité thermique effective dans les cas sec et humide. Dans le cas du second problème, les résultats obtenus ont permis de montrer que la validité de relations de substitution est restreinte, dans le cas non ellipsoïdal et en considérant une forme d’inhomogénéité de type supersphère, au domaine convexe seulement
Focusing on the effect of shape factor on the overall effective properties of heterogeneous materials, the 1st and the 2nd Eshelby problem related to 3-D non-ellipsoidal inhomogeneities with a specific application to oolitic rocks have been discussed in the current work. Particular attention is focused on concaves shapes such as supersphere and superspheroid. For rocks, they may represent pores or solid mineral materials embbeded in the surrounding rock matrix. In the 1st Eshelby problem, Eshelby tensor interrelates the resulting strain about inclusion and eigenstrain that would have been experienced inside the inclusion without any external contraire. Calculations of this tensor for superspherical pores– both concave and convex shapes – are performed numerically. Results are given by an integration of derivation of Green’s tensor over volume of the inclusion. Comparisons with the results of Onaka (2001) for convex superspheres show that the performed calculations have an accuracy better than 1%. The current calculations have been done to complete his results. In the 2nd Eshelby problem, property contribution tensors that characterizes the contribution of an individual inhomogeneity on the overall physical properties have been numerically calculated by using Finite Element Method (FEM). Property contribution tensors of 3D non ellipsoidal inhomogeneities, such as supersphere and superspheroid, have been obtained. Simplified analytical relations have been derived for both compliance contribution tensor and resistivity contribution tensor. Property contribution tensors have been used to estimate effective elastic properties and effective conductivity of random heterogeneous materials, in the framework of Non-Interaction Approximation, Mori-Tanaka scheme and Maxwell scheme. Two applications in the field of geomechanics and geophysics have been done. The first application concerns the evaluation of the effective thermal conductivity of oolitic rocks is performed to complete the work of Sevostianov and Giraud (2013) for effective elastic properties. A two step homogenization model has been developed by considering two distinct classes of pores: microporosity (intra oolitic porosity) and meso porosity (inter oolitic porosity). Maxwell homogenization scheme formulated in terms of resistivity contribution tensor has been used for the transition from meso to macroscale. Concave inter oolitic pores of superspherical shape have been taken into account by using resistivity contribution tensor obtained thanks to FEM modelling. Two limiting cases have been considered: ‘dry case’ (air saturated pores) and ‘wet case’ (water liquid saturated pores). Comparisons with experimental data show that variations of effective thermal conductivity with porosity in the most sensitive case of air saturated porosity are correctly reproduced. Applicability of the replacement relations, initially derived by Sevostianov and Kachanov (2007) for ellipsoidal inhomogeneities, to non-ellipsoidal ones has been investigated. It it the second application of newly obtained results on property contribution tensors. We have considered 3D inhomogeneities of superspherical shape. From the results, it has been seen that these relations are valid only in the convex domain, with an accuracy better than 10%. Replacement relations can not be used in the concave domain for such particular 3D shape

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Lachance, Olivier. "Conductivité thermique et perméabilité intrinsèque de la neige compactée". Thesis, Université Laval, 2014. http://www.theses.ulaval.ca/2014/30712/30712.pdf.

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Abstract (sommario):

La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.

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Lachance, Olivier, e Olivier Lachance. "Conductivité thermique et perméabilité intrinsèque de la neige compactée". Master's thesis, Université Laval, 2014. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25083.

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Abstract (sommario):

La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.
La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.

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Rigacci, Arnaud. "Élaboration d'aérogels de silice monolithiques et étude des relations entre leur structure et leur conductivité thermique équivalente". ENSMP, 1998. http://www.theses.fr/1998ENMP0836.

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Abstract (sommario):

Dans le domaine du bâtiment, la recherche du confort thermique et le souci de minimisation des pertes de chaleur imposent l’amélioration des performances énergétiques des vitrages. C'est dans ce cadre que s'inscrivent les travaux menés depuis une quinzaine d’années sur le vitrage à aérogel de silice. A l’état monolithique, ce matériau offre en effet la remarquable particularité d'allier isolation thermique et transparence. La présente étude a pour but la connaissance et la compréhension de l'influence des paramètres d’élaboration sur les caractéristiques structurales et sur le comportement thermique de ce matériau. Ce travail pluridisciplinaire se scinde donc en trois parties interconnectées : la synthèse, la caractérisation structurale des produits obtenus et l’étude de leur conductivité thermique. Les aérogels étudiés sont élaborés selon un procédé breveté par les membres du pacte ademe (gélification en catalyse hf, dans l'éthylacetoacetate, à partir de prépolymères de TEOS et séchage dans les conditions supercritiques du co#2). Afin de balayer leur complexe structure, la caractérisation structurale fait appel à de nombreuses méthodes d'investigation complémentaires (meb haute résolution, microscopie de force atomique, diffusion des rayons x aux très petits angles, porosimétrie mercure, thermoporométrie a l'eau et adsorption de gaz). La conductivité thermique équivalente est mesurée grâce à la technique de la sonde à choc. Le processus de séchage en grand autoclave conduit à des monolithes de grande taille (13 13 cm#2) avec une assez bonne reproductibilité. Les résultats structuraux permettent d'une part, de proposer un modèle textural en filaments, et d'autre part, de mettre en évidence les influences respectives du taux d'hydrolyse du prépolymère et de sa fraction volumique en solution sur les diamètres des particules et des amas, les diamètres et volumes poreux ainsi que sur les surfaces spécifiques. Il apparaît que les conductivités thermiques mesurées sont entachées d'erreur de par un contact entre la sonde et les échantillons. L'application, dans la cellule de base représentative du monolithe, d'un modèle analytique conductif de type zeng, aboutit à un mode de correction des valeurs expérimentales. Il est alors montré que la conductivité thermique équivalente et la conduction solide apparente croissent avec la fraction volumique de précurseur en solution ainsi qu'avec le taux d'hydrolyse, alors que la conduction gazeuse apparente décroît.

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Lory, Pierre-François. "Dynamique de réseau et conductivité thermique dans les alliages métalliques complexes". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY042/document.

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Abstract (sommario):

Les alliages métalliques complexes sont des matériaux qui présentent un ordre à longue distance caractérisé par de grandes mailles comprenant plusieurs centaines d’atomes disposés en clusters. Une propriété caractéristique des CMAs est une conductivité thermique de réseau, dû aux phonons, très faible (~1.3 W/m.K), ce qui donne un intérêt pour leur utilisation comme thermoélectriques. Malgré de récentes avancées sur les connaissances de leurs structures, la nature des modes de vibrations des phonons dans ces réseaux restent une question ouverte : quel est le rôle des clusters ? Est-ce qu’il y a des modes critiques ? Pour répondre à cette problématique, mon projet de thèse a eu pour objectif de comprendre la nature des modes de vibrations à l’échelle atomique et la relation avec la conductivité thermique de réseau sur deux systèmes : la phase o-Al13Co4 qui est un approximant de la phase décagonale AlNiCo et le clathrate Ba8Ge40.3Au5.25, présentant des propriétés thermoélectriques. Mes investigations combinent des expériences de diffusion inélastiques des neutrons et des rayons-X et des simulations à l’échelle atomique.Une analyse détaillée des résultats expérimentaux obtenus par diffusion inélastique sur monocristaux pour les branches acoustiques a permis de mettre en évidence, pour la première fois, un temps de vie fini des phonons acoustiques lorsqu’ils interagissent avec les modes de basses énergies liés aux atomes dans les clusters. Pour les deux systèmes étudiés, nous observons que la branche acoustique n’est plus linéaire et le temps de vie des phonons acoustiques est réduit à quelques picosecondes. Ce faible temps de vie dépend peu de la température comme la conductivité thermique. Les simulations à l’échelle atomique, en utilisant des calculs DFT et des potentiels de pairs oscillants pour des simulations de dynamique moléculaire, ont permis de montrer que ce temps de vie est un effet anharmonique lié au désordre de structure. Les simulations confirment la faible dépendance en température de ce temps de vie. Dans o-Al13Co4, nous avons calculé la conductivité thermique avec la dynamique moléculaire et la méthode de Green-Kubo. Pour Ba8Ge40.3Au5.25 nous avons appliqué un modèle phénoménologique pour l’estimer en utilisant les résultats INS. En conclusion nous démontrons les effets de la complexité structurale sur la conductivité thermique en lien avec la dynamique de réseau
Complex metallic alloys are long range ordered materials, characterized by large cells, comprising several hundreds of atoms and cluster building blocks. A key property of CMAs is the low lattice thermal conductivity (1.3 W/m. K), which suggests a potential application for CMAs for thermoelectricity. Despite recent advances structure determination, the nature of the phonons modes remains an open question: do the clusters playing a role? Are there critical modes? To tackle this problem, my PhD project aims to understand the vibrational modes at atomic scale and the relation to lattice thermal conductivity in o-Al13Co4 which is an approximant of the quasicrystal, decagonal phase AlNiCo and the clathrate Ba8Ge40.3Au5.25. In this worked we have used Inelastic Neutron and X-ray Scattering experiments and atomic scale simulations, based on density functional theory and empirical pair potentials.A detailed analysis of the results of inelastic scattering experiments on monocrystals for the acoustic branches have shown, for the first time, a finite lifetime for acoustic phonons when they interact with the low-lying dispersion-less excitations due to atoms in the cluster. In both systems, we observe that when an acoustic branch flattens near the zone boundary, the phonon lifetime is a few picoseconds. The phonon lifetime is approximately independent of temperature like the lattice thermal conductivity. Lattice and molecular dynamics simulations with DFT and empirical, oscillating pair potentials show that the finite phonon lifetime is an anharmonic effect, due to structural disorder, explaining the weak temperature of the phonon lifetime. For o-Al13Co4, we have calculated the thermal conductivity with the Green-Kubo method based on equilibrium MD simulations. For Ba8Ge40.3Au5.25 we have developed a phenomenological model based on individual phonon modes. In conclusion, we have demonstrated how structural complexity affects thermal conductivity through the lattice dynamics

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Lenain, Alexis. "Conductivité thermique des alliages métalliques amorphes en conditions cryogéniques et applications". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI100.

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Abstract (sommario):

Les alliages métalliques amorphes possèdent une structure désordonnée sansordre atomique local à longue distance contrairement aux alliages cristallins. Cettestructure leur confère des propriétés particulières, ouvrant la voie à de nombreusesapplications industrielles. En particulier, leur conductivité thermique est faiblecomparée aux autres matériaux métalliques du fait de l'absence de réseau cristallin.Ces alliages possèdent ainsi des propriétés isolantes permettant de minimiser lespertes thermiques par conduction. Ce travail de thèse porte d'une part sur lacompréhension des mécanismes intervenant dans la conductivité thermique desalliages métalliques amorphes, permettant d'identifier des compositions adaptées.Différentes méthodes d'optimisation des propriétés thermiques ont été étudiées etont permis de développer une composition optimisée à faible conductivité thermique.D'autre part, la capacité à être assemblé a été étudiée dans l'objectif d'intégrer ces alliages dans un dispositif industriel. Deux techniques d'assemblage ont étéconfrontées permettant de développer une solution à court et à long terme. Deuxbrevets protégeant l'utilisation de compositions avantageuses obtenus grâce auxrésultats de ce travail ont été déposés. Par ailleurs, des prototypes ont été réalisés en utilisant les procédés étudiés dans ce travail et présentent des performances augmentées par rapport à la solution actuelle
Bulk metallic glasses possess an amorphous structure without any atomic longrange ordering unlike their crystalline counterparts. They exhibit particularproperties due to this amorphous structure, which is very promising for futureindustrial applications. In particular, their thermal conductivity is very low compared to other metallic materials due to the absence of crystalline lattice. Thus, these alloys show some insulating properties, leading to low heat losses. This PhD work focuses on understanding the mechanisms that occur in thermal conductivity of bulk metallic glasses in order to identify suitable compositions. Several optimization methods have been carried out to minimize the thermal properties and resulted in the development of an optimized composition showing low thermal conductivity. Secondly, their joining ability has been studied with the aim to implement these alloys in an industrial device. Two different joining techniques have been faced to provide a short and a long term solution. Eventually, two patents which protect the use of beneficial compositions developed in this work have been filed. Besides, prototypes have been produced using the two processes studied in this work and show enhanced performances compared to the current solution

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Duverger, Eric. "Etude sous pression partielle d'oxygène et à haute température de l'évolution de la conductivité dans les structures pérovskites : application à l'étude de BaTiO3 pur et dopé en accepteur". Dijon, 1992. http://www.theses.fr/1992DIJOS031.

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Abstract (sommario):

Les propriétés du titanate de baryum sont fortement dépendantes de la qualité cristalline ainsi que de la nature et de la concentration des défauts ou impuretés introduits dans le réseau. Des traitements thermiques réducteurs sont également capables de changer assez fortement les propriétés photoréfractives de ce matériau. Dans ce dernier cas, c'est vraisemblablement la concentration en lacunes d'oxygène et les électrons associés qu'il faut invoquer pour interpréter les résultats. De nombreux auteurs se sont attachés à préciser les mécanismes réactionnels sans toutefois parvenir à en donner une explication satisfaisante, compte tenu du nombre réduit des défauts envisagés au cours des interprétations. C'est pourquoi, dans ce travail, il nous est apparu intéressant de développer un modèle théorique susceptible de donner une vision globale de la conductivité dans le titanate de baryum. La comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux a permis d'obtenir une vision relativement précise des phénomènes de conduction dans le titanate de baryum pur ou dopé en manganèse ou nickel.

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Azizi, Smail. "Conductivité thermique des matériaux poreux humides : mesure par méthode flash et interprétation". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10014.

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Abstract (sommario):

La conductivité thermique des milieux poreux (au-delà de la détermination de la conductivité thermique des milieux hétérogènes) est fortement influencée par les effets d'évaporation-condensation. Étude d'un matériau granulaire (billes de verre) et d'un milieu consolidé (béton léger) sur une large gamme de températures et d'humidité

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Fillion, Marie-Hélène. "Mesure de la conductivité thermique et de la perméabilité intrinsèque d'assemblages de cailloux". Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25911/25911.pdf.

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Jadal, Mariam. "Conception et caractérisation d'un échangeur-stockeur composé d'un matériau à changement de phase dopé en conductivité". Thesis, Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020NANT4008.

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Abstract (sommario):

La récupération de rejet thermique présente un enjeu important pour l’amélioration de l’efficacité énergétique et économique. Le stockage par chaleur latente présente une solution prometteuse pour synchroniser la production, avec la consommation. Nous nous sommes intéressés aux applications à cycles thermiques courts. Cependant les Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont peu conducteurs. Un concept à base de paraffine et de Graphite Naturel Expansé (GNE) a été fabriqué et caractérisé. Le MCP possède une cinétique de cristallisation présentant deux transformations différentes. La fonction de cinétique de cristallisation de chaque transformation a été identifiée. La conductivité thermique plane et les résistance thermiques de contact ont été identifiées, en phase solide et liquide à l’aide d’un dispositif expérimental couplé à un modèle numérique développant une méthode inverse. Ensuite, le changement de phase d’une plaque et d’un cylindre encalpsulé d’aluminium a été modélisé numériquement en utilisant trois formulations de conservation d’énergie (méthode enthalpique, capacité thermique apparent, et de cinétique de cristallisation) et a été aussi validé expérimentalement. Une simulation 2D par éléments finis, associée à une méthode analytique d’un échangeur-tubulaire composé d’un réseau de plaques a été réalisée. Enfin, une étude de vieillissement d’une plaque unitaire et de plusieurs cylindres encapsulés a été réalisée et a permis de confirmer la stabilité thermique du matériau composite
The recovery of thermal waste is an important factor to improve the efficiency and economy of energy. Latent heat storage appears to be a promising solution of this problem and to synchronize the production and consumption of energy. We are interested in industrial applications with short thermal cycles. However, Phase Change Materials have low thermal conductivity. A concept based on paraffin and Expanded Natural Graphite (ENG) was manufactured and characterized. PCM has crystallization kinetics with two different transformations. The crystallization kinetics function of each transformation has been identified. The planar thermal conductivity, and the thermal contact resistance was identified in solid and liquid phases, using an experimental device coupled with a numerical model developing an inverse method. A phase change study of a plate and of an encapsulated aluminum cylinder was carried out using three energy conservation methods (enthalpy method, apparent specific heat, and crystallization kinetics), and experimentally validated. A 2D finite element simulation, associated with an analytical method was used for a tubular exchanger composed of a network of plate. Finally, an aging study of a single plate and encapsulated cylinders was carried out. The study confirms the thermal stability of the composite material

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Filali, Mohamed. "Conductivité thermique apparente des milieux granulaires soumis à des contraintes mécaniques : modélisation et mesures". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7454/1/filali.pdf.

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Abstract (sommario):

Dans un milieu granulaire, la répartition des contraintes mécaniques suit un réseau de forces hétérogènes incluant des effets de redistribution vers les parois. La mesure de cette distribution est difficile à réaliser en 3 dimensions. La conductivité thermique apparente du milieu dépend de l'aire de contact entre les grains de la porosité. Il s'agit alors de mettre en évidence une dépendance entre ces deux volets en établissant une loi qui lie la conductivité thermique apparente et les contraintes mécaniques. Une première partie de cette thèse met en évidence l'influence de contraintes mécaniques sur la conductivité thermique apparente d'un lit de poudre, par des mesures sur des petits volumes (compacts) par la méthode du Hot disk; Ces expériences sont ensuite validées par un modèle développé au cours de ce travail qui peut calculer la variation de la conductivité thermique en fonction des contraintes mécaniques. ABSTRACT In a granular medium the distribution of the mechanical constraints follows a network of heterogenous forces, including redistribution effects towards the walls. The measurement of this distribution is difficult to realize in 3 dimensions. The apparent thermal conductivity of the medium depends on the contact area between the grains of porosity. A manner of highlighting a dependence between these two shutters consists in establishing a law which binds apparent thermal conductivity and the mechanical constraints. A first part of this thesis highlights the influence of mechanical constraints on the apparent thermal conductivity of a powder bed, by measurements on small volumes (compact) by the traditional method of Hot disk. These experiments are then validated by a model developed during this work which can calculate the variation of thermal conductivity according to the mechanical constraints.

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Ben, amor Aymen. "Investigations expérimentales du transport thermique et électronique dans des nanofils hétérostructurés 3C/2H". Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0113.

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Abstract (sommario):

Ce projet de recherche présente une exploration expérimentale des propriétés thermique, électrique et thermoélectrique de nanofils de Si et Ge hétérostructurés 3C/2H. Ces nanofils étudiés sont fabriqués par le Centre de Nanosciences et Nanotechnologies de l’Université de Paris-Saclay, grâce à une méthode originale permettant de créer des transformations de phase dans ces nanofils. Il en résulte une hétérostructure 3C/2H le long des nanofils avec des interfaces abruptes, laissant espérer une réduction significative de leur conductivité thermique, sans altérer significativement leurs propriétés électroniques. Tout d’abord, nous avons montré la forte dépendance de diamètre sur le transport thermique de tels nanofils hétérostructurés. Ensuite, la température de recuit lors de la transformation de phase, qui influence la taille et le nombre de domaines 2H, peut constituer un paramètre efficace pour réduire la conductivité thermique. Cette étude constitue la première preuve expérimentale d'une conductivité thermique réduite dans de tels types de nanofils. Enfin, afin d'évaluer les propriétés électrique et thermoélectrique des nanofils, un prototype original d'imagerie a été développé durant ce projet de thèse. Ce prototype permet l'imagerie simultanée et en temps réel des conductivités thermique et électrique et du coefficient Seebeck à l'échelle nanométrique
This research project presents an experimental exploration of thermal, electrical and thermoelectric properties of 3C/2H heterostructured Si and Ge nanowires. These studied nanowires are made by the Center for Nanosciences and Nanotechnologies of the University of Paris-Saclay, thanks to an original method which allows the creation of phase transformations in these nanowires. This results in a 3C/2H heterostructures along the nanowires with abrupt interfaces, giving hope for a significant reduction in their thermal conductivity without significantly altering their electronic properties. First, we showed the strong diameter dependence on thermal transport in such heterostructured nanowires. On the other hand, the annealing temperature during the phase transformation, which influences the size and the number of 2H domains, can constitute an effective parameter for reducing thermal conductivity. This study constitutes the first experimental evidence of reduced thermal conductivity in such types of nanowires. Then, with the aim of evaluation the electrical and thermoelectric properties of nanowires, an original prototype was developed during this thesis. This prototype allows simultaneous and real-time imaging of thermal and electrical conductivities and the Seebeck coefficient at the nanometric scale

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Ruellan, Jérémie. "Conception, fabrication et caractérisation d'un capteur de conductivité thermique à base de nanofils de silicium". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY025/document.

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Abstract (sommario):

Les nanofils semiconducteurs sont aujourd’hui le sujet de nombreuses recherches pour leurs propriétés physiques intéressantes. S’appuyant plus spécifiquement sur les propriétés thermiques des nanostructures, l’objectif de cette thèse est de démontrer la faisabilité d’un capteur de conductivité thermique conçu à partir de nanofils de silicium pour des applications en tant que jauge Pirani ou détecteur de gaz. Le travail réalisé aborde les questions posées par la réduction de taille des objets telles que l’augmentation du bruit ou la conduction thermique en régime de raréfaction et élabore des solutions à ces problématiques. Le manuscrit aborde l’ensemble des étapes nécessaires à la réalisation d’un capteur, à savoir la conception des dispositifs, s’appuyant sur une étude détaillée du comportement physique des objets utilisés, la fabrication sur plaque 200mm de ces capteurs par la salle blanche du CEA-Leti en ayant recours aux techniques classiques de la microélectronique et enfin leur caractérisation en tant qu’instrument de mesure de pression (jauge Pirani) ou en tant que capteur de concentration de gaz. Le travail réalisé s’intègre dans un projet plus global de réalisation d’un système de détection de gaz portatif pour l’analyse de l’air ou de l’eau
Semiconducting nanowires are nowadays the topic of numerous research for their interesting physical properties. Relying more specifically on the thermal properties of nanostructures, the purpose of this thesis is to demonstrate the feasibility of a thermal conductivity detector based on silicon nanowires for pressure sensing (Pirani gauge) or gas detection. The work presented herein addresses the questions raised by the reduction of the objects size such as the increase of the noise or the thermal conduction in a rarefied gas and tries to bring a solution to those problematics. This work deals with all the steps required for the realization of such devices. That is, the design and simulation of the sensor, based on a detailed study of the physical behavior of the objects, the fabrication of such devices on 200mm wafers by the CEA-Leti cleanroom using standard microelectronics processes and finally their characterization as a pressure sensor and gas detector. The work presented here is part of a wider project that aims at developing of a portable gas detection system for air or water analysis

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Vergne, Bruno. "Mise en forme de composites nanotubes de carbone/alumine et modélisation de leur conductivité thermique". Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/a8757fd1-fa58-4fb7-aa6b-b7e8f1f46286/blobholder:0/2007LIMO4032.pdf.

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Abstract (sommario):

En conjuguant l'importante conductivité thermique longitudinale des NanoTubes de Carbone (NTC) et leur très grand facteur de forme, nous avons travaillé à la réalisation de composites alumine/NTCs à haute conductivité thermique, pour un faible taux de NTC. De tels composites pourraient alors être utilisés dans la fabrication de drains thermiques pour l'électronique de puissance, qui seraient alors directement ajouter au substrat céramique en alumine. Le seuil de percolation atteint pour une faible fraction volumique de NTC, devrait en effet permettre à ces composites de conserver un coefficient d'expansion thermique proche de celui de l'alumine, afin de ne pas dégrader le contact entre le drain thermique et le substrat en alumine. Des recherches sur les formulations de suspensions alumine/NTC ont été menées et ont conduit, après mise en forme et frittage, à des composites à peu près homogènes. En comparaison avec de l'alumine corindon pure, nous avons mesuré une amélioration nette de la conductivité électrique de ces composites en fonction de la fraction volumique de NTC introduite. Toutefois, la conductivité thermique mesurée des composites NTC/alumine décroît quant à elle, lorsque la fraction volumique en NTC augmente. L'élaboration d'un modèle numérique basé sur un modèle analytique simple, a permis de prédire quantitativement cette chute de conductivité thermique, en prenant en compte les résistances thermiques de contact présentes aux interfaces NTC/NTC et NTC/alumine
Due to the very high thermal conductivity and aspect ratio of Carbon NanoTubes (CNT), their introduction in alumina matrices, even in low amounts, is expected to improve the thermal conductivity of the resulting composites. Such composites could then be used to manufacture thermal sinks for high power electronic circuits, provided that the coefficient of thermal expansion keeps a value close to that of alumina in order to get an intimate contact between the substrate and its sink. Researches on the formulation of alumina/CNT suspensions were carried out and led, after shaping and sintering, to quite homogeneous composites. In comparison with pure alumina, although a great improvement of the electrical conductivity of composites was recorded as early as a few vol. % of CNT were added, an opposite trend was observed for the thermal conductivity. We showed that the decrease of the thermal conductivity can not be caused only by the lowering of the relative density of the material. The refinement of simple computing model, taking into account the thermal resistances at the CNT/matrix and CNT/CNT interfaces, allowed to predict almost quantitatively this thermal conductivity loss

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Jeancolas, Antoine. "Étude expérimentale et modélisation micromécanique du comportement de composites hybrides : optimisation de la conductivité thermique". Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0285/document.

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Abstract (sommario):

L’augmentation de la puissance électrique des composants électroniques pose le problème de la dissipation de la chaleur générée. Les boîtiers électriques doivent permettre la dissipation de cette chaleur en conservant une isolation électrique. La solution retenue pour évacuer la chaleur par transfert thermique consiste en matériaux composites dont les renforts par leur structuration vont améliorer la conductivité thermique. Des composites à matrice polymère ont été choisis pour leur aptitude de mise en forme. La conductivité thermique et l’isolation électrique sont assurées par des charges céramiques. Les méthodes d’homogénéisation donnent des pistes d’amélioration du comportement de composites en fonction des propriétés de leurs constituants, de leur géométrie et de leur distribution. Elles fournissent ainsi une formulation optimisée de matériaux répondant à certaines caractéristiques issues de cahiers des charges émanant du partenaire industriel (Institut de Soudure). La conductivité thermique attendue des composites impose une forte fraction volumique de charges pour compenser le caractère isolant de la matrice polymère. Des méthodes d’homogénéisation ont été développées pour prédire la conductivité thermique effective pour de forts taux de charges (supérieur à 20%) et des contrastes élevés de conductivité thermique. La présence d’une interphase provenant d’incompatibilités fortes entre les composants doit également être modélisée
The increase of electronic components in the integrated circuits and the required electrical power set the question of the dissipation of the heat generated. The electrical box must favor the heat dissipation while maintaining electrical insulation. The solution chosen to transfer the heat is to develop composite materials whose reinforcements by their structure will improve the thermal conductivity. Polymer-based composite materials were chosen for their building ability. Thermal conductivity and electrical insulation are insured by ceramic reinforcements. The homogenization methods allow to improve the composites’ design according to the properties of their constituents, their geometry and their distribution. They thus provide an optimized formulation of materials satisfying the characteristics emanating from the industrial partner (‘Institut de Soudure’). The expected thermal conductivity of the composites imposes a high volume fraction of reinforcements to counterbalance the insulating polymer matrix. Homogenization methods have been developed to provide predictions of effective thermal conductivity for high (greater than 20%) reinforcement rates and high thermal conductivity contrasts. The presence of an interphase resulting from strong physico-chemical incompatibilities between the components must also be modeled

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Jeancolas, Antoine. "Étude expérimentale et modélisation micromécanique du comportement de composites hybrides : optimisation de la conductivité thermique". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0285.

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Abstract (sommario):

L’augmentation de la puissance électrique des composants électroniques pose le problème de la dissipation de la chaleur générée. Les boîtiers électriques doivent permettre la dissipation de cette chaleur en conservant une isolation électrique. La solution retenue pour évacuer la chaleur par transfert thermique consiste en matériaux composites dont les renforts par leur structuration vont améliorer la conductivité thermique. Des composites à matrice polymère ont été choisis pour leur aptitude de mise en forme. La conductivité thermique et l’isolation électrique sont assurées par des charges céramiques. Les méthodes d’homogénéisation donnent des pistes d’amélioration du comportement de composites en fonction des propriétés de leurs constituants, de leur géométrie et de leur distribution. Elles fournissent ainsi une formulation optimisée de matériaux répondant à certaines caractéristiques issues de cahiers des charges émanant du partenaire industriel (Institut de Soudure). La conductivité thermique attendue des composites impose une forte fraction volumique de charges pour compenser le caractère isolant de la matrice polymère. Des méthodes d’homogénéisation ont été développées pour prédire la conductivité thermique effective pour de forts taux de charges (supérieur à 20%) et des contrastes élevés de conductivité thermique. La présence d’une interphase provenant d’incompatibilités fortes entre les composants doit également être modélisée
The increase of electronic components in the integrated circuits and the required electrical power set the question of the dissipation of the heat generated. The electrical box must favor the heat dissipation while maintaining electrical insulation. The solution chosen to transfer the heat is to develop composite materials whose reinforcements by their structure will improve the thermal conductivity. Polymer-based composite materials were chosen for their building ability. Thermal conductivity and electrical insulation are insured by ceramic reinforcements. The homogenization methods allow to improve the composites’ design according to the properties of their constituents, their geometry and their distribution. They thus provide an optimized formulation of materials satisfying the characteristics emanating from the industrial partner (‘Institut de Soudure’). The expected thermal conductivity of the composites imposes a high volume fraction of reinforcements to counterbalance the insulating polymer matrix. Homogenization methods have been developed to provide predictions of effective thermal conductivity for high (greater than 20%) reinforcement rates and high thermal conductivity contrasts. The presence of an interphase resulting from strong physico-chemical incompatibilities between the components must also be modeled

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Djeran-Maigre, Irini. "Etude des diffusions thermique et hydraulique dans une argile soumise à un champ de température". Marne-la-Vallée, ENPC, 1991. http://www.theses.fr/1991ENPC9108.

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Abstract (sommario):

La conductivité thermique des roches argileuses est un paramètre essentiel qui conditionne la diffusion de température et de pression interstitielle dans un massif soumis à un chargement thermique. Grâce à une expérience de laboratoire sur modèle réduit, qui permet de garantir la qualité et la représentativité des conditions aux limites, on montre que cette conductivité thermique peut dépendre de la température dans un sens non favorable à l'évacuation de la chaleur. Par ailleurs, on établit que les mouvements de l'eau interstitielle se produisent de la source chauffante vers l'extérieur mais restent de faible amplitude. Un modèle simple de milieu poreux permet de rendre compte des observations et d'illustrer les effets de la variation de la conductivité sur le comportement d'un massif soumis à un chargement thermique. Enfin, par des outils numériques développés spécialement, on examine l'incidence des particularités des modèles proposés sur le comportement thermohydromécanique d'ouvrages de géométrie simple soumis à des chargements thermiques donnés
The thermal conductivity of clays is the fondamental parameter which governs the thermal diffusion and the pore pressure of the rock mass under thermal loading. Experiments have been untertaken in a reduced model, respecting representative boundary conditions. They show that the thermal conductivity depends on temperature in an unfavorable sense to the decrease of heat. On the other hand, the outflow of pore water, from the source to the exterior, has a low amplitude. A simple model of porous medium allows the observations and illustrates the effects of the variation of conductivity on the behaviour of rock mass. Finally, thanks to the numerical formulations specially developed, we examine the incident of the particularities of proposed models on the thermohydromechanical behaviour of geometricallysimple structures subjected to a given thermal loading

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Dominguez, Bethencourt Cristina. "Formation, microstructure et propriétés de l'hexaluminate de calcium". Lyon, INSA, 2000. http://www.theses.fr/2000ISAL0026.

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Abstract (sommario):

L'objet de ce travail est de fournir une analyse générale de l'hexaluminate de calcium, aussi bien du point de vue de sa formation que de ses propriétés ultimes. Les matériaux ont été préparés par frittage-réaction ce qui permet, en certains cas, la formation des grains sous forme de plaquettes. Nous avons proposé un modèle pour la formation des grains de CA6, fondé sur le fait que les grains d'hibonite ont besoin d'espace pour se développer avec de forts rapports d'aspect. Le mécanisme principal de grossissement apparent des grains de CA6 est la réorganisation de plaquettes voisines qui ont leurs plans de croissance préférentielle parallèles. Ce mécanisme permet la formation de grains apparemment plus equiaxes avec une présence importante de sous-grains à l'intérieur des grains, si l'on fritte à haute température. Au niveau des propriétés, l'hexaluminate de calcium est très proche de l'alumine. Les différences se manifestent principalement par des valeurs de conductivité thermique, de module d'Young et de résistance aux chocs thermiques inférieures pour le CA6, mais une résistance à la propagation de fissures supérieure. En général la microstructure particulière de ce matériau joue un rôle important sur ses propriétés. La propagation préférentielle de la fissure à travers les sous-grains ou les plans basaux, entraîne généralement de fortes déviations de fissure. Le fluage est gouverné par le mouvement de dislocations à travers les sous-joints des grains. L'hexaluminate de calcium préparé par pressage à chaud présente une forte orientation des grains avec leurs plans basaux perpendiculaires à la direction de pressage. Ce matériau est celui qui présente les caractéristiques mécaniques les plus élevées. Il montre une différence appréciable entre les directions parallèle et perpendiculaire à la direction de pressage
The aim of this work is to supply a general analysis of calcimn hexaluminate, as regard both formation and properties. Materials were prepared by reaction sintering. This way allows, sometimes, the formation of platelet grains. A model is proposed for the formation of CA6 grains. This model is based on the fact that hibonite needs enough space to develop with high aspect ratio. The growth mechanism of CA6 grains is the welding of neighbor platelets when they are disposed with their preferential growth planes parallel. This mechanism allows the formation of more equiaxed grains and is responsible for the subgrains formation when fired at high temperature. In general, calcium hexaluminate has properties similar to alumina. The differences manifested as lower thermal conductivity, Young modulus and thermal chock resistance and higher crack propagation resistance. Its particular microstructure has a key influence on its properties. The preferential crack propagation through subgrains or basal planes leads to high crack deviation. Dislocation movement through subgrains governs creep. Hot pressed calcium hexaluminate is highly oriented with basal planes perpendicular to pressing direction. This is the material with higher mechanical properties (excepting crack propagation resistance). It shows a considerable difference between the directions parallel and perpendicular to pressing direction

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Fournier, Richard. "Optimisation et modélisation du procédé RTM". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00266940.

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Abstract (sommario):

L'objet de ces travaux est de se doter d'outils de modélisation qui constituent aujourd'hui un passage incontournable pour maîtriser le procédé R.T.M. Ces outils reposent sur la prédiction de grandeurs macroscopiques caractérisant les renforts. La représentation fidèle du renfort à l'échelle microscopique dans une cellule élémentaire est la clé de voûte de notre travail. Une méthode d'initialisation de fonction caractéristique a ainsi été mise au point permettant de déterminer fidèlement les interfaces entre la résine et les renforts. Cette méthode possède la particularité d'être applicable à des renforts à structure périodique mais aussi aléatoire. La simulation de l'écoulement 3D de la résine dans les pores entre les fibres permet de déterminer la perméabilité de la structure représentée. Le passage de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique est réalisé en homogénéisant les champs de vitesse et de pression obtenus numériquement dans la cellule élémentaire.Une démarche similaire a été développée pour étudier les phénomènes thermiques dans les milieux poreux. Cette approche permet de déterminer des valeurs de conductivité thermique équivalente en considérant dans un premier temps, le fluide au repos et ensuite en couplant les phénomènes thermiques à l'écoulement engendrant des fluctuations thermiques à l'échelle microscopique. Ce phénomène est important et modifie grandement les résultats. Sa prise en compte introduit des termes non linéaires couplant la conductivité thermique équivalente à la vitesse d'écoulement du fluide au travers du renfort.La connaissance précise de ces paramètres permet la réalisation de simulations 3D réalistes du procédé R.T.M.

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Fèvre, Mathieu. "Etudes microstructurales d'oxydes désordonnés et modélisation de leurs propriétés thermiques". Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112252.

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Abstract (sommario):

Cette thèse concerne la modélisation d'oxydes fortement désordonnés à l'aide de simulations numériques de type Monte Carlo et Dynamique Moléculaire, en relation avec des mesures d'ordre à courte distance par diffusion diffuse de rayons X et de neutrons. Les oxydes à base de zircone sont caractérisés par une cinétique de diffusion très lente pour les cations et rapide pour les anions. Comme ce sont des matériaux ioniques, les interactions dominantes sont des interactions électrostatiques à longue portée. Des mesures d'ordre local ont montré que les atomes ne sont pas disposés au hasard dans le système: il existe donc de fortes corrélations chimiques en plus des distorsions de réseau introduites par la présence de lacunes structurelles. La technique de Dynamique Moléculaire hors d'équilibre (NEMD) a été utilisée pour calculer la conductivité thermique à partir des configurations atomiques. Cependant, elle ne peut suivre les mouvements des atomes que durant quelques nanosecondes. C'est pourquoi, afin d'améliorer la description des propriétés microstructurales et d'analyser l'effet de l'ordre local sur la conductivité thermique, nous avons développé un code de calcul de type Monte Carlo traitant aussi bien des effets élastiques que des effets chimiques et adapté à des solides ioniques. La confrontation de l'ordre à courte distance reproduit dans les simulations numériques avec celui mesuré par diffusion diffuse a montré un très bon accord simulations-expériences ainsi que la nécessité d'utiliser des simulations Monte Carlo afin rendre compte de la mise en ordre locale des défauts notamment à forte concentration en dopant. D'autre part, les résultats des calculs de conductivité thermique se sont révélés en excellent accord avec les mesures, puisque que la différence entre valeurs calculées et valeurs mesurées est inférieure à 20%. Enfin, l'influence de l'ordre local sur le comportement de la conductivité a été analysée numériquement et expérimentalement
This thesis is devoted to the modelling of disordered oxides by Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations, in relation with short-range order investigations by neutrons and X-rays diffuse scattering measurements. In zirconia based oxides the kinetics of cations is very slow, whereas it is very fast for anions. These materials are ionic systems. Thus, the largest contribution to the energy of the system is given by long-range electrostatic interactions (1/r). Local order measurements have shown that chemical species are not randomly placed in the crystal structure. Due to the presence of structural vacancies, created by a charge compensation mechanism, lattice distortions are also important. Thus, the chemical ordering is strongly correlated to the atomic displacements. The Non Equilibrium Molecular Dynamics technique has been used to compute the thermal conductivity from atomic configurations. However, this method can only reproduce the movement of particles during several nanoseconds. Therefore, in order to ameliorate the description of micro structural properties and to analyze the influence on the conductivity of the local order, we developed a code based on a Monte Carlo approach, which is adapted to ionic systems and which can describe the strong elastic effects as well as the chemical effects. The short-range order reproduced in the Monte Carlo simulations is very closed to the one measured. We also show that Molecular Dynamics simulations cannot reproduce the correct local order between defects, observed at high doping concentrations. Moreover, the thermal conductivity computations have shown a good agreement with the experimental data. Indeed, the error between simulations and measurements are below 20%. Finally, this study also discusses the influence of the short-range order on the conductivity behaviour using numerical results, diffuse scattering investigations and thermal conductivity measurements

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Leclercq, Bérangère. "Etude de la conductivité thermique de matériaux à base de zircone : Relation avec la composition et la microstructure dans des systèmes binaires et ternaires". Limoges, 2002. http://www.theses.fr/2002LIMO0018.

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Abstract (sommario):

Cette étude a pour but de mieux comprendre le transfert de chaleur dans une couche céramique isolante, de type barrière thermique, afin d'en améliorer les capacités d'isolation thermique. Un calcul de la conductivité thermique intrinsèque a permis de proposer différentes compositions : binaires (zircone partiellement ou complètement stabilisée par des oxydes de terres rares) et ternaires (comportant un oxyde trivalent et un oxyde pentavalent). Les matériaux correspondant ont été élaborés sous forme dense et leurs propriétés thermiques déterminées. Les systèmes complètement stabilisés sont constitués pour la plupart de la phase cubique. La structure des compositions partiellement stabilisées est constituée d'un mélange de phases cubique, quadratique métastable et/ou monoclinique. La diffusivité thermique a été détermiée par méthode flash laser ou par microscopie photothermique infrarouge. La chaleur spécifique a été mesurée par DSC. Les résultats expérimentaux ont montré que : - Dans les systèmes binaires, la conductivité thermique d'une zircone complètement stabilisée est inférieure à celle d'une zircone partiellement stabilisée pour un stabilisant donné. - Le remplacement de l'yttrium par un autre dopant permet d'abaisser la conductivité thermique. - Pour un taux de lacunes d'oxygène donné, la conductivité thermique diminue avec le taux de dopants, qu'ils soient Y+Nb ou Y+Ta. La conductivité thermique de ces matériaux varie peu en fonction de la température. La concentration en défauts ponctuels est le facteur le plus influent sur la conductivité thermique et, pour des fortes concentrations, le libre parcours moyen des phonons serait déterminé par la distance entre les défauts ponctuels. Au vu des résultats obtenus, il est possible de proposer plusieurs compositions de céramiques, envisageables comme barrière thermique, dont la conductivité thermique est nettement plus faible que celle de la zircone yttriée partiellement stabilisée actuellement employée.

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Chamroune, Nabil. "Matériaux composites Aluminium/Carbone : architecture spécifique et propriétés thermiques adaptatives". Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0140/document.

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Abstract (sommario):

Les matériaux composites à matrice métallique (CMM) sont actuellement étudiés pour être utilisés dans de nombreux domaines d’application. L’une des applications potentielles concerne leur utilisation en tant que drain thermique pour les modules de puissance. Pour cette application, deux conditions sont requises : une conductivité thermique (CT) élevée pour évacuer la chaleur générée par la puce électronique et un coefficient d’expansion thermique (CTE) proche du substrat céramique (2-8×10-6 /K) utilisé dans le module de puissance.Ainsi des matériaux composites à matrice aluminium (Al : CT de 217 W/m.K et CTE de 24×10-6 /K) et à renfort plaquette de graphite (GF : CT de 1000 W/m.K et CTE de -1×10-6 /K dans le plan de la plaquette) ont été élaborés. Ces matériaux composites ont été fabriqués par Métallurgie des Poudres (MP) conventionnelle mais aussi par un procédé original nommé Flake Powder Metallurgy (FPM). Ce procédé, qui consiste à utiliser une poudre métallique à morphologie plaquette, a permis d’optimiser l’orientation des renforts plaquette dans un plan perpendiculaire à la direction de densification sous l’action d’une pression uniaxiale. De plus, ce procédé a permis d’obtenir une meilleure adhésion entre la matrice et le renfort comparé aux matériaux composites élaborés par MP conventionnelle. Cela a abouti à une amélioration de la CT qui est passée de 400 W/m.K à 450 W/m.K pour un taux de renfort de 50%vol. Néanmoins, concernant la dilatation thermique, des CTE de 21,8×10-6 /K et 21,7×10-6 /K ont été obtenus par MP et FPM respectivement, ce qui est incompatible avec l’application visée.Pour surmonter cette problématique, des matériaux composites à renfort multiple ont été élaborés par frittage en phase liquide. Ainsi des fibres de carbone (FC) ont été rajoutées à l’aluminium et aux plaquettes de graphite. L’ajout de ce second renfort au graphite a permis de diminuer de manière importante le CTE des composites Al/(GF+FC) avec une faible proportion en FC tout en maintenant une haute CT. De plus les matériaux composites Al/(GF+FC) présentent des CTE nettement inférieurs aux composites Al/FC avec un %vol. de FC équivalent. Ainsi des matériaux composites Al/(GF+FC) ont été élaborés par frittage en phase liquide permettant d’obtenir une CT de 400 W/m.K (comparable à la CT du cuivre) et un CTE de 8×10-6 /K (comparable au CTE de l’alumine). De plus la légèreté de l’aluminium confère aux matériaux composites Al/C une faible densité (d=2,4). Par conséquent, les matériaux développés dans cette étude sont prometteur en tant que drain thermique léger, notamment dans le domaine de l’électronique embarquée
Many carbon/metal composites are currently used in several applications. One of them concerns their use as heat sinks in microelectronics. Concerning this application, two conditions are required: a high thermal conductivity (TC) in order to evacuate the heat generated by the electronic chip and a coefficient of thermal expansion (CTE) similar to the used material type of the electronic device (2-8×10-6 /K).Therefore, graphite flakes (GF; TC: 1000 W/m.K and CTE: -1×10-6 /K in the graphite plane) reinforced aluminum matrix (Al; TC: 217 W/m.K and CTE: 25×10-6 /K) composites were fabricated. These composite materials were fabricated by Powder Metallurgy (PM) and Flake Powder Metallurgy (FPM). This process, which consist to use a flattened metallic powder, helped to improve the in-plane orientation (perpendicular to the pressure direction) of GF under uniaxial pressure. Moreover, this process provided a better Al-C interface thanks to a planar contact between the matrix and the reinforcements. This resulted in an improvement of the CT from 400 W/m.K to 450 W/m.K for a reinforcement content of 50 vol.%. Nevertheless, regarding thermal dilation, CTEs of 21.8×10-6 /K and 21.7×10-6 /K were obtained by MP and FPM respectively, which is incompatible with the intended application.To overcome this problem, composite materials with multiple reinforcement were developed by solid-liquid phase sintering. Then, carbon fibers (CF) have been added to aluminum and graphite flakes. The addition of CF to GF reinforcement reduced significantly the CTE of the Al/(GF+CF) composites with a small proportion of CF, while preserving a high TC. In addition, the Al/(GF+FC) composite materials have significantly lower CTEs than the Al/CF composites with a equivalent vol.% of CF. Therefore, Al/(GF+CF) composite materials were developed by solid-liquid phase sintering to obtain a TC of 400 W/m.K (comparable to the TC of copper) and a CTE of 8×10-6 /K (comparable to the CTE of alumina). In addition, the lightweight of aluminum gives composite materials Al/C a low density (d = 2.4 g/cm3). Therefore, the composite materials developed in this study are promising as a lightweight heat sink in microelectronic industries

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Petitjean, Sébastien Jean Denis. "Rôle de la conductivité thermique des radioéléments et du solidus dans l'origine et la stabilité des cratons archéens". Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30148.

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Abstract (sommario):

Afin de mieux comprendre l'origine et la stabilité des racines lithosphériques sous les cratons archéens, nous avons supposé que ceux-ci possédent des caractéristiques spécifiques: (i) une plus forte conductivité thermique verticale dans la partie mantellique, (ii) moins de radioéléments dans la croûte, (iii) moins de radioéléments dans la lithosphère mantellique et (iv) une température de transition à la base de la lithosphère plus élevée (due à de la déshydratation ou à un Mg# plus grand). Ces quatre propriétés permettent d'épaissir la lithosphère. Cependant, l'épaississement obtenu dépend fortement du flux de chaleur traversant le Moho. Pour des flux typiques des continents Précambriens (11-21 mW/m²), tous les mécanismes jouent un rôle important. Par contre, pour des flux supérieurs à 30 mW/m², l'épaississement cratonique devient négligeable sauf dans le cas (iv) où la température de transition est plus élevée. Dans ce dernier cas, le flux de chaleur traversant le Moho du craton archéen devient bien plus faible que dans les terrains environnants. Un tel mécanisme semble peu probable pour expliquer l'épaississement des cratons archéens. Par contre, il permet d'expliquer le déséquilibre de flux de chaleur entre océans et continents si l'on suppose que la base de la lithosphère continentale est anhydre alors que la base de la lithosphère océanique est hydratée. La quantité de radioéléments contenus dans la croûte archénne est généralement faible, cependant il existe au moins une exception, le bouclier Canadien. La quantité de radioéléments contenus dans la lithosphère mantellique est fortement débattue. Finalement, il semble que la présence d'une anisotropie verticale dans la lithosphère mantellique des cratons archéens constitue la pierre angulaire permettant d'expliquer l'épaississement des cratons archéens. Toutefois, ce phénomène devrait occasionnellement être amplifié par une augmentation du Mg# et une diminution des radioéléments dans la lithosphère. Enfin, nous avons montré qu'il est difficile d'éroder la racine lithosphèrique archéenne par (i) un cisaillement due à la dérive des plaques ou (ii) un point chaud.

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Brigaud, Frédéric. "Conductivité thermique et champ de température dans les bassins sédimentaires : à partir des données de puits". Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20176.

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Abstract (sommario):

On propose des procedures pour reconstituer et interpreter le regime thermique des bassins sedimentaires, a partir d'estimations de la conductivite thermique et de la temperature des formations. Ces parametres sont deduits de l'analyse de donnees de puits d'exploration petroliere: diagraphies, carottes, deblais de forages et temperatures. Les procedures sont appliquees a trois bassins. Dans la premiere partie, la conductivite des formations est estimee a trois echelles significatives: 1) a l'echelle de l'electrofacies diagraphique; 2) a l'echelle de la formation a chaque forage et; 3) pour chaque formation a l'echelle du bassin. Dans la seconde partie, apres extraction des erreurs systematiques associees a l'histoire du forage, le champ de temperature est estime par inversion stochastique des temperatures et des epaisseurs des formations, en prenant en compte les correlations laterales entre gradients thermiques. Dans la troisieme partie, une methode d'analyse des modes de transfert de chaleur, basee sur l'inversion simultanee des conductivites et des temperatures, est developpee. La prise en compte de la physique des transferts de chaleur permet: i) de considerer des correlations laterales et verticales entre les gradients thermiques et; ii) de distinguer entre transferts conductifs et convectifs

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Camirand, Christian. "Étude de la chaleur spécifique et de la conductivité thermique des hydrures métalliques par calorimétrie différentielle". Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 2000. http://depot-e.uqtr.ca/3139/1/000668315.pdf.

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Bernard, Benjamin. "Barrières thermiques par projection plasma de suspensions : développement et caractérisation de microstructures à faible conductivité thermique". Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0212/document.

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Abstract (sommario):

L’augmentation des températures de fonctionnement des turboréacteurs est un axe de développement privilégié dans l’industrie aéronautique. Une solution est l’amélioration des systèmes barrières thermiques. Ce travail de thèse s’intéresse au procédé de projection plasma de suspensions (SPS) qui permet d’envisager une amélioration significative des performances pour les prochaines générations de barrières thermiques, comparé au procédé d’évaporation sous faisceau d’électrons (EB-PVD). Le procédé SPS a en effet démontré une capacité à générer des microstructures colonnaires qui présentent un intérêt pour l’accommodation des contraintes thermo-mécaniques. Une étude microstructurale a conduit à l’identification des paramètres influant sur les variations de morphologies des revêtements (taille de colonnes, distribution de taille, compacité). Deux nuances optimisées en zircone yttriée (YSZ), nommées colonnaire et colonnaire compacte, ont été caractérisées de façon approfondie afin de déterminer les bénéfices du procédé SPS. Ces nuances se caractérisent par une conductivité thermique inférieure à 1 W.m-1.K-1, sur une plage de température allant de 25 à 1100 °C, soit des valeurs avantageuses par rapport à celles des revêtements EB-PVD (1,3 – 1,5 W.m-1.K-1). La durée de vie des dépôts SPS, estimée par cyclage thermique, est au moins équivalente à un dépôt YSZ réalisé par EB-PVD et cyclé en même temps. Le résultat le plus élevé obtenu, supérieur à 2000 cycles, est particulièrement prometteur. La capacité de fonctionnalisation du procédé SPS a par ailleurs permis la réalisation de systèmes multifonctionnels comprenant un dépôt colonnaire YSZ et un dépôt homogène Gd2Zr2O7 en surface. Cette architecture bicouche a pour objectif de pallier les infiltrations chimiques de type CMAS (CaO–MgO–Al2O3–SiO2) qui constituent un frein pour l’augmentation de la température de fonctionnement. Le caractère anti-CMAS du matériau Gd2Zr2O7 mis en forme par SPS a été évalué jusqu’à 1300 °C
The increase of operating temperature of gas turbine engines is an issue of interest for the aeronautic industry. A solution is the enhancement of thermal insulation properties of thermal barrier coatings (TBCs). The present work is related to suspension plasma spraying process (SPS) that allows to consider significant improvements for the next generation of TBC systems, compared to the currently used process, namely electron beam physical vapor deposition (EB-PVD). Indeed, SPS process can produce columnar microstructures able to provide high thermo-mechanical compliance. A microstructural study led to identify parameters which impacted the coating morphology (column size, distribution, and compaction). Two optimized yttria-stabilized zirconia (YSZ) microstructures were carefully characterized to highlight SPS process advantages. Low thermal conductivities (< 1 W.m-1.K-1) were obtained within a large temperature range (25 °C – 1100 °C), compared to EB-PVD YSZ coatings (1,3 – 1,5 W.m-1.K-1). Thermal lifetime was estimated thanks to thermal cyclic fatigue tests. A similar level of thermal lifetime was reached with SPS coatings compared to EB-PVD one. Some SPS columnar coatings even showed more than 2000 cycles to failure. The ability of SPS to perform multifunctional systems, including a YSZ columnar structure with a homogeneous Gd2Zr2O7 coating on the top, was investigated. This architecture must provide a chemical protection to CMAS (CaO–MgO–Al2O3–SiO2) aggressions. These contaminants would impede the increase of temperature in next generation of gas turbine engines. The anti-CMAS behavior was assessed for SPS Gd2Zr2O7 coatings until 1300 °C

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Bourret, Julie. "Élaboration de céramiques alvéolaires à base de kaolin : propriétés thermiques et mécaniques". Limoges, 2012. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/feab8bd8-27be-4c21-839a-aaaa32034cba/blobholder:0/2012LIMO4058.pdf.

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Abstract (sommario):

L'élaboration de matériaux argileux fortement poreux par des procédés peu coûteux et respectueux de l'environnement offre une voie d'accès prometteuse à la mise au point d'isolants thermiques performants, expliquée par la faible conductivité thermique de l'air (0,026 W. M⁻¹. K⁻¹) et de certains phyllosilicates comme le kaolin (1 W. M⁻¹. K⁻¹). Cependant, la structure en feuillets des argiles peut conférer au matériau final un caractère anisotrope à l'échelle macroscopique. Au cours de ce travail, des mesures de la conductivité thermique par différentes techniques expérimentales et du module d'Young ont été effectuées sur des matériaux composés de kaolinite et de muscovite élaborés par pressage ou extrusion. Les résultats obtenus ont permis de corréler les variations de ces propriétés avec les transformations minéralogiques intervenant au cours d'un traitement thermique et de souligner l'importance du procédé de mise en formesur l'anisotropie et les valeurs intrinsèques de la partie solide. L'influence d'une quantité importante de porosité a également été étudiée par l'intermédiaire de mousses présentant des taux de porosité compris entre 55 et 95 %, fabriquées à partir d'un kaolin mélangé en voie acqueuse à un émulsifiant puis consolidées par traitement thermique. Des valeurs très faibles de la conductivité thermique (0,054 W. M⁻¹. K⁻¹ pour 95% de porosité) ont été obtenues pour ces matériaux tout en garantissant une tenue mécanique acceptable (lois de comportement en compression). Une comparaison des valeurs expérimentales avec celles issues de modèles analytiques a permis de montrer l'importance de l'interconnexion des cellules sur les propriétés macroscopiques
Candidate materials for thermal insulation combine a solid phase of low thermal conductivity (<1 W. M⁻¹. K⁻¹) with a high pore volume fraction. This work concerns the preparation of ceramic foams exhibiting such characteristics using kaolin clay as the starting material. Processing involves a surfactant to stabilize the foam while remaining low cost and environmentally friendly. The properties of a clay-based material are sensitive to the orientation of the clay particles and, with thermal treatment, mineralogical transformations. Measurements of thermal conductivity and Young's modulus were made on textured kaolonite/muscovite samples obtained by extrusion, uniaxial or isostatic pressing and cut in different directions. An initial study revealed anisotropy at the macroscopic scale up to a factor of 3 related to the forming conditions and the amount of muscovite. However, with thermal treatment, this factor is progressively removed by transformations such as dehydroxylation and formation of mullite. In the last part, the pore volume fraction (Vp) was varied in the kaolin based foam by modifying the incorporated clay amount in the starting mixture. After thermal treatment at 1100̊ C, measurements of the thermal conductivity revealed a decrease from 0. 23 W. M⁻¹. K⁻¹ at Vp=0. 57 to 0. 054 W. M⁻¹. K⁻¹ at Vp=0. 95 in close agreement to predictions by the Hashin-Shtrikman upper bound, a cubic pore model and numerical simulation. The effective Young's modulus, obtained from mechanical compression tests, also decreases with pore volume fraction as described by Ashby's relation. However, the mechanical strengh was sufficient for handling even the more porous kaolin based foams

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France-Lanord, Arthur. "Transport électronique et thermique dans des nanostructures". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS566/document.

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Abstract (sommario):

La miniaturisation continue des composants électroniques rend indispensable la connaissance des mécanismes de transport à l’échelle nanométrique. Alors que les processus simples de conduction dans les matériaux homogènes sont bien assimilés, la compréhension du transport à l’échelle nanométrique dans les systèmes hétérogènes reste à améliorer. Par exemple, le couplage entre courant, résistance et flux de chaleur dans des nanostructures doit être clarifié. Dans ce contexte, le sujet de thèse est centré autour du développement et de l’application de méthodes de calcul avancées pour la prédiction des propriétés de transport électronique et thermique à l’échelle nanométrique. Dans une première partie, nous avons paramétré un modèle de potentiel inter-atomique classique adapté à la description de systèmes multicomposants, afin de modéliser les propriétés structurelles, vibratoires et de transport de chaleur de la silice, ainsi que du silicium. Pour ce faire, une approche d’optimisation automatisée et reproductible a été mise en place. En guise d’exemple, nous avons calculé la dépendance en température de la résistance de Kapitza pour le système silice amorphe - silicium cristallin, ce qui a permis de souligner l’importance d’une description structurelle précise de l’interface. Dans une seconde partie, nous avons étudié la décomposition modale de la conductivité thermique du graphène supporté par un substrat de silice amorphe. Plus précisément, l’influence de l’état de surface (hydroxilation, etc) sur le transport thermique a été quantifiée. Le rôle déterminant des excitations collectives de phonons a été mis au jour. Finalement, dans une dernière partie, les propriétés de transport électronique du graphène supporté par une bi-couche de silice, système récemment observé expérimentalement, ont été étudiées. L’influence d’ondulations dans la couche de graphène ou dans le substrat, souvent présentes dans les échantillons réels et dont l’amplitude et la longueur d’onde peuvent être contrôlées, a été dégagée. Nous avons également modélisé le champ électrique généré par une grille, et déterminé son incidence sur le transport électronique
The perpetual shrinking of microelectronic devices makes it crucial to have a proper understanding of transport mechanisms at the nanoscale. While simple effects are now well understood in homogeneous materials, the understanding of nanoscale transport in heterosystems needs to be improved. For instance, the relationship between current, resistance, and heat flux in nanostructures remains to be clarified. In this context, the subject of the thesis is centered around the development and application of advanced numerical methods used to predict electronic and thermal conductivities of nanomaterials. This manuscript is divided into three parts. We begin with the parameterization of a classical interatomic potential, suitable for the description of multicomponent systems, in order to model the structural, vibrational, and thermal transport properties of both silica and silicon. A well-defined, reproducible, and automated optimization procedure is derived. As an example, we evaluate the temperature dependence of the Kapitza resistance between amorphous silica and crystalline silicon, and highlight the importance of an accurate description of the structure of the interface. Then, we have studied thermal transport in graphene supported on amorphous silica, by evaluating the mode-wise decomposition of thermal conductivity. The influence of hydroxylation on heat transport, as well as the significant role played by collective excitations of phonons, have come to light. Finally, electronic transport properties of graphene supported on quasi-two-dimensional silica, a system recently observed experimentally, have been investigated. The influence on transport properties of ripples in the graphene sheet or in the substrate, which often occur in samples and whose amplitude and wavelength can be controlled, has been evaluated. We have also modeled electrostatic gating, and its impact on electronic transport

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Nait-Ali, Benoît. "Elaboration, caractérisation et modélisation de matériaux poreux : Influence de la structure poreuse sur la conductivité thermique effective". Limoges, 2005. http://www.theses.fr/2005LIMO0038.

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Abstract (sommario):

Cette étude se propose de déterminer l'influence de certains paramètres microstructuraux sur la conductivité thermique effective des matériaux poreux dans la gamme de porosité : 45%-75%. Dans cet objectif, trois axes de travail ont été établis : élaboration, caractérisation et modélisation. Nous avons élaboré plusieurs types de matériaux poreux aux microstructures différentes (porosité aléatoire et organisée). Des échantillons de zircone présentant une structure cellulaire ont été préparés selon une méthode innovante basée sur un processus d'hétérocoagulation. La comparaison des résultats expérimentaux avec des prédictions par des modèles analytiques et par des simulations numériques nous a permis d'évaluer l'influence de paramètres tels que la taille et la forme des pores, l'organisation de la porosité. Le modèle de percolation, via l'expression de Landauer, permet des prédictions satisfaisantes de la conductivité thermique pour des taux de porosité inférieurs à 60%

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Marcq, Fabien. "Élaboration, caractérisation et vieillissement d'adhésifs conducteurs hybrides époxy-microparticules d'argent-nanotubes de carbone". Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1750/.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse a permis le développement d'adhésifs conducteurs électrique et thermique pour des applications spatiales. Il commence par la synthèse des nanotubes de carbone double paroi (DWCNTs) par CCVD. Ces DWCNTs ou des MWCNTs commerciaux sont dispersés par voie solvant avec des microparticules d'argent (µAg) dans une matrice époxy (EP). Une caractérisation des composites (EP + µAg + DWCNTs et EP + µAg + MWCNTs) s'ensuit : étude de la microstructure, des conductivités électrique et thermique et des propriétés mécaniques. Deux types d'essais de vieillissement permettent enfin de montrer des propriétés électriques stables dans le temps et des propriétés de tenue mécanique supérieures aux adhésifs cond
The aim of this PhD work was the development of electrically and thermally conductive adhesives for space applications. It begins with the manufacturing by CCVD of double-walled carbon nanotubes (DWCNTs). These DWCNTs or commercial MWCNTs are dispersed by solvent route with micrometric silver flakes (µAg) in an epoxy matrix (EP). A characterization of resulting composites (EP + µAg + DWCNTs and EP + µAg + MWCNTs) follows: study of the microstructure, the electrical and thermal conductivities and the mechanical properties. Two types of reliability tests show lastly stable electrical properties over the time and higher mechanical properties than commercial thermally conductive adhesives currently in use in space industry

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Goutorbe, Bruno. "Le régime thermique des marges continentales passives : méthodologie, observations et modélisation". Paris, Institut de physique du globe, 2007. http://www.theses.fr/2007GLOB0008.

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Abstract (sommario):

Dans le but d'améliorer la connaissance du régime thermique des marges continentales divergentes, nous avons développé un travail qui s'est successivement articulé autour d'un volet méthodologique, de nouvelles estimations du flux de chaleur et de modélisations numériques. Afin d'exploiter au mieux les données issues de l'exploration pétrolière, active sur un certain nombre de marges continentales, nous avons développé une méthode basée sur les réseaux de neurones pour estimer la conductivité thermique à partir d'un jeu de diagraphies géophysiques. Ensuite, nous avons réalisé un travail d'inter-comparaison des méthodes pour corriger les températures pétrolières de fond de trou, en nous appuyant sur un large ensemble de données provenant de forages en Australie. La méthodologie ainsi développée a été appliquée sur plusieurs marges anciennes, à l'est du Canada, en Afrique du Sud et en Australie. Les résultats obtenus suggèrent que le flux de chaleur mantellique est plus élevé sur les marges que sur le continent -- et possiblement l'océan -- adjacents, contredisant ainsi les modèles classiques d'évolution thermique des marges. Les mesures issues d'une campagne océanographique de flux de chaleur sur une marge jeune, dans le Golfe d'Aden, sont elles aussi significativement plus élevées que les prédictions des modèles classiques. Ces résultats sont compatibles avec des modélisations numériques qui placent les marges continentales à l'échelle de la convection du manteau, et montrent systématiquement une augmentation du flux de chaleur vers la bordure du continent sur une distance d'au moins 200 km, qui perdure indéfiniment. Les conclusions de ce travail de thèse pourraient apporter un nouvel éclairage sur les modes de déformation des marges continentales et l'évolution des systèmes pétroliers
In order to gain insights into the thermal regime of divergent continental margins, we successively developed a methodological part, estimated new heat flow values and performed numerical modelings. So as to use efficiently data from oil exploration, which is active on a number of continental margins, we set up a new method based on the neural network technique, relating a set of geophysical well logs to the thermal conductivity. We then performed an inter-comparison of several methods to correct bottom-hole temperatures from oil exploration, using a comprehensive data set from boreholes in Australia. We applied this methodology on several old margins, in eastern Canada, South Africa and Australia. The results we obtained suggest that mantle heat flow is higher on the margins than on the adjacent continent -- and possibly that on the adjacent ocean -- thereby contradicting the classical model of thermal evolution of continental margins. Heat flow measurements performed during a scientific cruise on a young margin, in the Gulf of Aden, are also significantly more elevated than the predictions of the classical models. These results are in agreement with numerical modelings that set the continental margins at the scale of the mantle convection, and show systematically an increase of heat flow towards the border of the continent on a minimum distance of 200 km, which remains permanently. The findings of this PhD work could bring new perspectives on the mechanisms of deformation of continental margins and the evolution of petroleum systems

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Mohaine, Siyimane. "Etude des propriétés thermiques et mécaniques des bétons isolants structurels incorporant des cénosphères". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0030/document.

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Abstract (sommario):

Dans le domaine de l’isolation thermique du bâtiment, les évolutions réglementaires (RT2012)et normatives (NF BPE : Béton à Propriétés Thermiques, septembre 2016) incitent à évoluer vers des bétons isolants et structurels (BIS). La maîtrise de leur conductivité thermique est primordiale. Il est possible, en plus de faire appel à un squelette granulaire léger, de jouer sur la nature de la pâte en utilisant des inclusions qui apporteraient un pouvoir isolant supplémentaire : les cénosphères. Dans un contexte de facilité de mise en oeuvre, à ces propriétés est rajouté le critère auto plaçant des bétons. On parle alors de Bétons Isolants Structurels Autoplaçants (BISAP). La maitrise et la validation de ces nouvelles formules dans le respect d’une approche prescriptive a nécessité la caractérisation des matériaux à différentes échelles (de l’inclusion à l’échelle de l’ouvrage) en développant des approches expérimentales et numériques. Leur comportement à l’état frais et à l’état durci a été analysé. Les conductivités thermiques mesurées placent ces nouveaux bétons dans la catégorie Bétons Isolants Structurels au sens du nouveau référentiel. Le modèle numérique développé permet d’approcher correctement les valeurs expérimentales. D’autre part, la sensibilité des BISAP incorporant des cénosphères à plusieurs indicateurs de durabilité (porosité accessible à l’eau, perméabilité,carbonatation et retrait) a également été étudiée. L’influence des microsphères est plus ou moins notable en fonction du mécanisme abordé
In the field of building thermal insulation, regulatory (RT2012) and standards (NF BPE: Béton à Propriétés Thermiques, September 2016) evolutions are encouraging the use of insulating structural concrete (BIS). The control of their thermal conductivity is essential. It is possible, in addition to using lightweight aggregates, to modify the composition of the cement paste by using hollow inclusions (fly ash cenospheres) to bring an additional thermal insulating potential. In a context of improved workability, to these properties is added the criterion of self-compacting concrete. The validation of these new formulas required the characterization of materials at different scales (from inclusion scale to building scale) by implementing experimental and numerical approaches. Their properties at fresh and hardened state were analyzed. The measured thermal conductivities place these new concretes in the Category of Structural Insulating Concrete in the sense of the new standard. The developed numerical model allowed approaching the experimental measurements correctly. The effect of cenospheres’ incorporation into cement paste on several durability indicators was also characterized

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Azzopardi, Alban. "Evolution microstructurale à haute température de barrières thermiques déposées par évaporation : influence sur la conductivité thermique et le module d'élasticité". Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066010.

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Fabien, Marcq. "Elaboration, caractérisation et vieillissement d'adhésifs conducteurs hybrides époxy / microparticules d'argent / nanotubes de carbone". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00723854.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse a permis le développement d'adhésifs conducteurs électrique et thermique pour des applications spatiales. Il commence par la synthèse des nanotubes de carbone double paroi (DWCNTs) par CCVD. Ces DWCNTs ou des MWCNTs commerciaux sont dispersés par voie solvant avec des microparticules d'argent (µAg) dans une matrice époxy (EP). Une caractérisation des composites (EP + µAg + DWCNTs et EP + µAg + MWCNTs) s'ensuit : étude de la microstructure, des conductivités électrique et thermique et des propriétés mécaniques. Deux types d'essais de vieillissement permettent enfin de montrer des propriétés électriques stables dans le temps et des propriétés de tenue mécanique supérieures aux adhésifs conducteurs thermiques actuellement utilisés dans le domaine spatial.

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Sassi, Selma. "Synthèse, caractérisation physico-chimique et propriétés de transport des composés homologues (PbSe)5 (Bi2Se3)3m (m = 1, 2, 3)". Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0135/document.

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Abstract (sommario):

Les composés homologues de formule chimique (PbSe)5(Bi2Se3)3m avec m = 1, 2 et 3 se caractérisent par une structure lamellaire où alternent des couches de PbSe avec m couches de Bi2Se3. Ces composés, que l’on retrouve à l’état naturel, ont récemment suscité un intérêt pour la thermoélectricité en raison de leur remarquable aptitude à ne conduire que très faiblement la chaleur. L’objectif des travaux de cette thèse est d’étudier en détail le transport électrique et thermique de ces matériaux et de sonder leurs performances pour la génération d’électricité. Pour atteindre ces objectifs, des techniques de synthèse par métallurgie de poudres ont été mises en œuvre. Les matériaux résultants ont été ensuite caractérisés finement. Les caractérisations ont porté sur des analyses physico-chimiques mais aussi sur des mesures de propriétés électriques et thermiques aussi bien à basses températures (2 – 300 K) pour identifier les mécanismes microscopiques qui gouvernent le transport qu’à hautes températures (300 – 723 K) pour déterminer leur domaine d’application optimal. Une étude détaillée de leur structure cristalline a été menée en combinant des mesures de diffraction des rayons X sur monocristal et des analyses de microscopie électronique à transmission à haute résolution. Les mesures des propriétés physiques de ces composés ont confirmé leur potentiel pour des applications en génération d’électricité à températures moyennes. De nombreuses substitutions ont été entreprises afin de tenter d’optimiser davantage les performances de ces composés. Les éléments en substitution ont été choisi pour soit augmenter (m = 1) ou au contraire diminuer (m = 2 et 3) la concentration en électrons. Ces travaux ont permis de démontrer pour la première fois la possibilité de doper ces matériaux avec de nombreux éléments tels que l’iode, le sodium, l’argent ou le tellure. D’autre part, une étude détaillée des propriétés thermiques de ces matériaux a été réalisée par diffusion inélastique des neutrons sur poudre afin de dévoiler l’origine microscopique des très faibles valeurs de conductivité thermique de réseau mesurées
The homologous series of compounds of general chemical formula (PbSe)5(Bi2Se3)3m with m = 1, 2 et 3 is characterized by a lamellar crystal structure where PbSe layers alternate with m Bi2Se3 layers. These compounds, that can be found as minerals, have recently focused attention for thermoelectric applications owing to their remarkable ability to poorly conduct heat. In order to evaluate their thermoelectric performances, the present work dealt with their synthesis by powder metallurgy techniques followed by measurements of their transport properties not only at low temperatures (2 – 300 K) with the aim to identify the basic mechanisms governing the transport but also at high temperatures (300 – 723 K) to determine their optimum temperature range. A detailed study of their crystalline structure has been carried out by a combination of X-ray diffraction on high-quality single crystals and high-resolution transmission electron microscopy. Measurements of their transport properties have confirmed the potential of these materials for power generation applications at mid temperatures. Numerous substitutions have been studied to optimize further their thermoelectric performances. The elements in substitution have been chosen to either increase (m = 1) or decrease (m= 2 and 3) the electron concentration. This work has demonstrated for the first time the possibility to dope these materials with various elements such as iodine, sodium, silver or tellurium. Moreover, a detailed study of the thermal properties of these compounds has been performed by means of powder inelastic neutron scattering in order to unveil the microscopic origin of the very low lattice thermal conductivity values measured

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Sarthou, Julia. "Etude et caractérisation de céramiques transparentes fluorées pour lasers de forte puissance moyenne". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066534/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail de thèse a pour objectif d'étudier et de mieux comprendre les relations structure-propriétés de céramiques transparentes Yb:CaF2 obtenues par voie humide, en particulier sur le plan des propriétés thermiques. Dans un premier temps nous présentons les atouts des céramiques transparentes Yb:CaF2 dans le cadre d'une application en laser de puissance. Le procédé de fabrication par voie humide des céramiques est ensuite décrit au cours d'une seconde partie. Les résultats d'analyses et caractérisations diverses ayant eu lieu à différentes étapes de la synthèse des céramiques sont présentés, menant à une optimisation du procédé de fabrication. Un troisième chapitre est ensuite consacré à une étude expérimentale des propriétés thermiques de nos céramiques, qui montre en particulier une grande similitude avec les propriétés des monocristaux. Cette étude est complétée par un volet de modélisation décrit dans un quatrième chapitre. Deux modèles prédictifs de conductivité thermique sont explorés et comparés, et permettent d'apporter une explication théorique aux tendances observées expérimentalement. L'hypothèse selon laquelle l'impact des joints de grains sur la diminution de la conductivité thermique est négligeable devant celui du dopage est notamment confirmée. Enfin, dans une cinquième et dernière partie, plusieurs pistes sont explorées afin d'apporter une explication à l'échauffement supérieur des céramiques par rapport aux monocristaux observé en conditions laser
This PHD work is aiming at getting a better understanding of the structure-properties relationships of Yb:CaF2 transparent ceramics obtained with a wet-route fabrication process, with a special focus on thermal properties. At first, we introduce the assets of Yb:CaF2 transparent ceramics in the frame of high-power laser applications. The wet-route fabrication process is then described in a second chapter. The results of several analysis and characterizations performed along different steps of the ceramics synthesis are also presented, leading to an optimized fabrication process. The third chapter then focuses on an experimental study of the thermal properties of our ceramics, which shows in particular an important similarity with single crystals properties. This study is complemented with a modelization work described in chapter four. Two predictive models of thermal conductivity are investigated and compared. They bring a theoretical explanation to the tendencies experimentally observed. We thereby confirm the hypothesis according to which the grain boundaries impact on thermal conductivity is negligible with respect to that of the doping element introduction. Finally, in the fifth and last chapter, several hypothesis are investigated in order to bring an explanation to the ceramics overheating observed in laser conditions, which is superior to single crystals

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Dorion, Fabrice. "Etude optique du comportement critique des propriétés de transport thermique conductif au voisinage de transition de phases dans les cristaux liquides et les microémulsions". Bordeaux 1, 1985. http://www.theses.fr/1985BOR10640.

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Abstract (sommario):

Mise au point d'une méthode de mesure de conductivité (lambda) et diffusivité (d) thermiques par analyse du spectre de Fourier spatial d'une lentille thermique induite dans l'echantillon par une onde laser pompe partiellement absorbée. Présentation de la physique du phenomene et prevision d'une relaxation monoexponentielle du signal sonde dont la constante de temps est proportionnelle a d**(-1) et l'amplitude a lambda **(-2). Resultats obtenus au voisinage de la transition n-i du 8 cb en phase nematique et du 9 cb en phase isotrope, et des transitions de phases en quatre points d'une ligne critique du systeme n-dodecane/eau/n-pentanol/dodecylsulfate de na

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Arab, Mohamed Raed. "Reconstruction stochastique 3D d'un matériau céramique poreux à partir d'images expérimentales et évaluation de sa conductivité thermique et de sa perméabilité". Phd thesis, Université de Limoges, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00514461.

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Abstract (sommario):

La reconstruction tridimensionnelle d'un échantillon représentatif d'un matériau céramique biphasique à partir d'une image de structure bidimensionnelle est proposée. L'algorithme préconisé est de nature stochastique fondé sur une minimisation par recuit simulé. La méthode statistique de Boltzmann sur réseau est présentée pour simuler les phénomènes de transport de matière afin d'estimer la perméabilité de l'échantillon reconstruit par un modèle BR D3Q19. La conductivité thermique « effective » du même domaine 3D est évaluée par la méthode des différences finies dans un schéma Dufort-Frankel. Les exemples étudiés montrent l'aptitude de l'outil de la reconstruction associé aux outils de simulations des phénomènes de transport de chaleur et de masse à synthétiser numériquement un matériau hétérogène ou poreux et à déterminer ses paramètres physiques.

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Reine, Bénédicte. "Étude et simulation de la conductivité thermique de matériaux composites à matrice organique chargée et renforcée de fibres de carbone PITCH". Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2540/.

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Abstract (sommario):

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet THEOREM porté par THALES Systèmes Aéroportés. Ce projet est un travail collaboratif entre partenaires industriels et académiques. Il a pour objectif de développer un matériau composite hybride constitué d'une matrice polymère chargée de micro et nanoparticules ayant une conductivité thermique importante et renforcée par des fibres longues de carbone PITCH. Le matériau final doit pouvoir atteindre des valeurs de conductivité thermique élevées équivalentes à celles de l'aluminium (~300W/m/K). Deux principaux axes ont été développés : un axe concernant la matrice chargée et un autre concernant les renforts fibreux. L'axe matrice a permis de développer des modèles numériques de dispersion aléatoire de charges dans un V. E. R. Prédéfini afin de déterminer les propriétés homogénéisées de la matrice chargée. L'axe renfort a mis en avant l'influence de différentes architectures fibreuses sur les transferts de chaleur dans les trois directions de l'espace. La réunion de ces deux études a permis de déduire numériquement les propriétés effectives du composite final. Les différents modèles numériques ont été corrélés avec différentes mesures expérimentales
This thesis was a part of our on-going research in the frame of the THEOREM project leaded by THALES Systèmes Aéroportés. This project was a collaborative work between industrial and academic partners. The purpose was to develop a hybrid composite material made of a polymeric matrix filled with micro and nanoparticles and reinforced with PITCH carbon fibres. The ultimate material should exhibit high thermal conductivity like aluminum (~ 300 W/m/K). Two main lines are developed: one line on doped matrix and another one on reinforcements. On the matrix line numerical models of random dispersion of fillers in a predefined R. V. E. Were developed to obtain homogenized properties of the doped matrix. On the reinforcement line the influence of different fibre architectures on heat flux in the three directions of space was highlighted. Effective properties of the ultimate composite were numerically deduced from the gathering of those two lines. Different numerical models were correlated with different experimental measurements

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Arab, Mohamed-Raed. "Reconstruction stochastique 3D d'un matériau céramique poreux à partir d'images expérimentales et évaluation de sa conductivité thermique et de sa perméabilité". Limoges, 2010. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/2578ac4a-0866-4b80-b236-3397ae428fff/blobholder:0/2010LIMO4013.pdf.

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Abstract (sommario):

La reconstruction tridimensionnelle d’un échantillon représentatif d’un matériau céramique biphasique à partir d’une image de structure bidimensionnelle est proposée. L’algorithme préconisé est de nature stochastique fondé sur une minimisation par recuit simulé. La méthode statistique de Boltzmann sur réseau est présentée pour simuler les phénomènes de transport de matière afin d’estimer la perméabilité de l’échantillon reconstruit par un modèle BR D3Q19. La conductivité thermique « effective » du même domaine 3D est évaluée par la méthode des différences finies dans un schéma Dufort-Frankel. Les exemples étudiés montrent l’aptitude de l’outil de la reconstruction associé aux outils de simulations des phénomènes de transport de chaleur et de masse à synthétiser numériquement un matériau hétérogène ou poreux et à déterminer ses paramètres physiques
The three-dimensional reconstructionof a representative sample of a biphasic ceramic material from a 2D structural image is proposed. The algorithm is of stochastic nature and is based on the minimization by a simulated annealing scheme. The statistical method of Lattice Boltzmann is presentedto simulate the phenomena of mass transport in order to estimate the permeability of the sample by a model LB D3Q19. The “effective” thermal conductivity in the 3D space is evaluated by the finite difference method by a Dufort-Frankel scheme. The tests show the ability of the reconstruction tool associated with the tools for simulations of phenomena of heat and mass transfer to digitally synthesize heterogeneous or porous materials and determine its physical parameters

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Roux, Philippe. "Etude de l'influence de la contrainte, du champ magnétique et de la température sur le Pouvoir Thermoélectrique des matériaux métalliques". Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0118/these.pdf.

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Abstract (sommario):

La sensibilité du Pouvoir Thermoélectrique (PTE) à de nombreux paramètres, et son caractère non destructif, permettent d'envisager pour cette technique une utilisation plus courante concernant la caractérisation des métaux. Même si le principe de la mesure de PTE est relativement simple, l'interprétation et la compréhension de cette grandeur pour un matériau donné, sont complexes, car le PTE est influencé par de multiples facteurs. Cette thèse a pour objectif de déterminer dans quelle mesure certains paramètres influencent la valeur du PTE des métaux. Nous avons montré que le PTE des métaux nobles évolue, dans la plupart des cas, linéairement avec l'application d'une contrainte uniaxiale. Le cas des aciers est plus particulier, puisqu'un comportement hystérétique a été observé pour le PTE en fonction de la contrainte. Ce comportement peut être modifié en faisant varier certaines caractéristiques des aciers : taux d'écrouissage et taux de carbone. En étudiant l'influence du champ magnétique sur le PTE des aciers, nous avons pu mettre en évidence que ce sont les propriétés ferromagnétiques des aciers qui sont à l'origine de cette forme hystérétique. Un appareil visant à mesurer le PTE à très basse température et en fonction de la température (4,2-400 k) a également été mis au point dans le cadre de cette thèse. Le prototype a été validé sur des métaux purs dans la gamme 77-300 K, pour des échantillons d'une dizaine de centimetres. Son utilisation future promet des avancées en ce qui concerne la déconvolution des différents parametres influençant le PTE à température ambiante
The sensitivity of Thermoelectric Power (TEP) to many parameters and the interest of its non-destructive property, constitute a promising characterization technique in metal studies. Regardless of the simplicity of this method, the interpretation and understanding of TEP value for a given material is difficult, because the TEP depends on multiple factors. This PhD aims at determining what are the influences of different parameters (stress, magnetic field and temperature) on the TEP of metals. It has been shown that the TEP of metals vary linearly with stress in most cases. However when considering steels, the TEP follows a hysteretic behaviour as a function of stress. This special evolution may be changed by varying some metals characteristics. Nevertheless, a detailed study of the magnetic field influence on the TEP of steel has clearly demonstrated that the magnetic properties are at the origin of the hysteretic form. A new TEP device for low temperatures measuring (4,2-400 K) was also developed during this PhD work. It will enable major progresses with regard to the deconvolution of different parameters influencing the TEP

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Martias, Céline. "Synthèse et caractérisation de matériaux composites à base de sulfate de calcium destinés à la protection incendie". Phd thesis, Toulon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769952.

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Abstract (sommario):

La mise en place de nouvelles normes, de plus en plus contraignantes, est un défi pour l'élaboration de nouveaux matériaux résistants à haute température. Le premier objectif de l'étude est de mettre au point un panneau - coupe-feu 2h à base de plâtre. Il devra présenter à la fois de bonnes qualités d'isolant thermique et des propriétés mécaniques suffisantes pour maintenir l'intégrité d'un ouvrage d'art. Le second objectif est de comprendre, d'une part, l'influence de divers paramètres sur le phénomène de prise du plâtre et d'autre part, de déterminer les propriétés thermomécaniques du composite. Ce type de matériau est obtenu par l'association d'eau, d'une matrice céramique composée essentiellement de sulfate de calcium dihydraté et de charges utilisées en tant que renforts thermiques et/ou mécaniques.Dans une première partie, l'étude porte essentiellement sur la matrice pour laquelle une granulométrie permettant d'optimiser les propriétés mécaniques est déterminée. La matrice est ensuite caractérisée chimiquement. Une étude par calorimétrie isotherme de la réaction d'hydratation du sulfate de calcium semihydraté (plâtre) est réalisée afin de comprendre le mécanisme de prise du plâtre et de maîtriser les temps de prise. Pour cela, on étudie l'influence de la taille des grains, de la quantité d'eau, de la composition chimique du plâtre et de la présence ou non d'adjuvants sur la cinétique d'hydratation du plâtre.Dans une seconde partie, les renforts nécessaires à l'élaboration du composite sont sélectionnés. Les relations entre les quantités de charges et les propriétés thermomécaniques (conductivité thermique, module d'Young, dureté Shore C) du système sont étudiées. Ainsi, une modélisation du comportement du composite sous sollicitations thermique et mécanique est proposée. Cette étude a permis de définir une formulation de panneau présentant de très bonnes propriétés thermiques et des propriétés mécaniques suffisantes pour assurer l'intégrité d'un ouvrage d'art en cas d'incendie. La formulation mise au point a fait l'objet d'un dépôt de brevet (n° BIP207506FR00 en décembre 2010). Cette formulation est actuellement commercialisée par la société EXTHA sous forme de plaques.

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Cabrero, Julien. "Amélioration de la conductivité thermique des composites à matrice céramique pour les réacteurs de 4ème génération". Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13877/document.

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Azerou, Boussad. "Conception, réalisation et mise en œuvre de fluxmètres thermiques passif et dynamique à base de couches minces". Nantes, 2013. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=446c55ae-b122-4c56-bb72-917575e91ebc.

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Abstract (sommario):

La mesure de propriétés thermophysiques ou de grandeurs interfaciales ou superficielles nécessitent souvent l'usage de capteurs fluxmétriques. L'objectif de ce travail est de concevoir et réaliser de tels capteurs en utilisant les procédés couches minces pour obtenir des mesures peu biaisées et des capteurs aisément réalisables en série. Après une étude sur les résistivités électriques et coefficient de température de films métalliques en fonction des conditions de dépôt, deux types de capteurs fluxmétriques sont développés : passif et dynamique. Dans le premier cas, on sait que les fluxmètres traditionnels à gradient normal ou tangentiel sont assez intrusifs car disposés perpendiculairement à la direction principale du flux de chaleur. Les fluxmètres avec réseau de thermocouples filaires dans la direction du flux de chaleur présente une bien moindre perturbation thermique cependant leur fabrication est très délicate. L'idée est de remplacer ces microthermocouples par un réseau de capteurs en couche mince déposés sur un substrat. On montre que l'utilisation de tels fluxmètres permet de réduire les biais de mesure par rapport aux fluxmètres classiques. Pour le second type de fluxmètre (dynamique), il s'agit de dispositifs équipés d'un micro-chauffage et d'un capteur de température permettant d'obtenir plusieurs informations telles que le coefficient d'échange global et la température équivalente au loin, une des applications étant par exemple la caractérisation en continu de l'effet de facteurs microclimatiques sur les échanges fluide/paroi dans le bâtiment. Lors de nos travaux, on a testé en soufflerie un tel capteur fluxmétrique réalisé à l'aide de motifs électriques à base de couches minces
Heat flux sensors are very useful for the measurement of thermal properties and interfacial or superficial parameters (thermal contact resistance, heat transfer coefficient …. ). The objective of this work is to design, realize and test two new types of heat flux sensor based on thin film resistance temperature detector. The benefits sought are lower heat flux biases and a much lower manufacturing time. As a first step we have investigated the effect of processing conditions on the electrical resistivity and temperature coefficient of metallic thin films. Then, two types of heat flux sensors were considered : passive and dynamic. In the first case, the classical heat flux sensors with normal or tangential gradient figure out to be intrusive as they are located on surfaces perpendiculary to the main heat flux direction. Heat flux sensor with wire microthermocouples implemented within the wall offers much lower thermal disturbances, however their fabrication is time consuming and there is some uncertainty on the thermocouple locations. In our work, new heat flux sensors were realized using thin film thermoresistances deposited on polyimide substrate ant it appeared that they could offer less bias than classical heat flux sensor. The second type of heat flux sensor (dynamic) is a device composed of a micro heater and a temperature sensor. The interest is the measurement of several parameters such as the heat transfer coefficient and the equivalent temperature, one application being the characterization of microclimatic variations on the wall radiative-convective heat transfer in buildings. Such heat flux sensor was realized using thin films thermoresistances and tested with success using a wind tunnel

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Coulson, MiKe. "Conductivité, diffusivité, émissivité thermiques de composites poly (EtherKetoneKetone) - charges carbonées : fibres continues et particules". Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30215.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ces recherches est l'amélioration du procédé de placement de fibre par dépose laser, appliqué à des composites Poly(EtherKetoneKetone) / fibre carbone continue. L'optimisation des paramètres de dépose implique l'étude de la stabilité de la matrice, ainsi que l'analyse du comportement thermique des composites. La conductivité et diffusivité thermiques, ainsi que l'émissivité sont les paramètres clés pour comprendre le comportement des transferts volumiques et surfacique dans ces matériaux. Des composites PEKK/particules de carbone ont été élaborés afin d'étudier l'effet de la morphologie du carbone sur les paramètres thermiques. L'émissivité des composites PEKK / fibres continues a été mesurée en comparant les radiations émises par le matériau et celle émises par un corps noir à la même température. La conductivité et la diffusivité thermiques, qui sont des paramètres intrinsèques au composite, augmentent avec le taux de charge et la température. Ces deux paramètres ont été étudiés en fonction de la Température, dans le cas de composite PEKK / fibre carbone continue et PEKK / particules de carbone pour plusieurs taux de charge
: The aim of this research is the improvement of the laser depositing fiber placement process, applied to Poly (EtherKetoneKetone) / continuous carbon fiber composites. The optimization of deposit parameters implies the investigation of the stability of the matrix and of the thermal behavior of composites. Thermal conductivity, diffusivity, and optical emissivity, are the key parameters for understanding the behavior of volume and surface conduction of composites. PEKK / carbon particle composites have been processed to study the effect of carbon morphology on thermal parameters. The emissivity of the PEKK / continuous fiber composites was measured by comparing the radiation emitted by the material with the one emitted by a black body at the same temperature. Thermal conductivity and diffusivity, which are intrinsic parameters of the composite, increase with the rate of charge and the temperature. These two parameters have been studied as a function of temperature, in the case of PEEK / continuous fibers composites and PEKK / carbon particles composites for various charge rates

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Hadaoui, Abdellah. "Effets de taille et de concentration sur les propriétés thermiques et rhéologiques des nanofluides". Phd thesis, Université d'Orléans, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769934.

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Abstract (sommario):

Le travail présenté dans cette thèse porte sur la synthèse et les caractérisations thermiques et rhéologiques d'un nouveau type de nanofluide : le système Cu2O/Glycérol. La caractérisation est faite en fonction de la taille des particules mises en suspension, de la température et de la fraction volumique solide. Ce travail a nécessité la synthèse des nanoparticules et des nanofluides par la méthode de décomposition thermique des précuseurs organométalliques, qui présente un bon rendement en quantité de nanoparticules (17%). Et le montage d'un dispositif de caractérisation thermique utilisant la méthode 3ω. Finalement, nous avons passé à la caractérisation rhéologique et thermique de ces échantillons. Les résultats obtenus avec ce nouveau système sont intéressants, car l'augmentation de la conductivité thermique atteint des valeurs importantes : 120% et 35% respectivement pour des fractions volumiques aussi faibles que 0,625% et 0,078% de nanoparticules de 7 nm de diamètre, sans influence notable sur la viscosité du fluide hôte, permettant une bonne amélioration du bilan énergétique total. Nous avons observé que la concentration et la taille (surface) des nanoparticules sont des paramètres clefs du comportement de la conductivité thermique effective du nanofluide Cu2O/Glycérol. Nos mesures nous ont permis de déduire la prédominance des modifications de la surface des nanoparticules (par fonctionnalisation ou par réaction chimique secondaire) sur le mouvement brownien dans les transferts thermiques nanoparticules/ fluide hôte.

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Jensen, Colby. "Rejoindre les nano et macro mondes : la mesure des propriétés thermiques utilisant la microscopie thermique et la radiométrie photothermique". Thesis, Reims, 2014. http://www.theses.fr/2014REIMS002.

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Abstract (sommario):

Dans les applications nucléaires, les propriétés des matériaux peuvent subir des modifications importantes en raison de l'interaction destructive avec l'irradiation de particules au niveau des microstructures, qui affectent les propriétés globales. L'un des défis associés aux études de matériaux irradiés par des ions, c'est que la couche concernée, ou la profondeur de pénétration, est généralement très mince (0,1-100 um). Cette étude élargit la base des connaissances actuelles en matière de transport thermique dans les matériaux irradiés par des ions, en utilisant une approche expérimentale multiéchelles avec des méthodes basées sur des ondes thermiques. D'une manière pas encore explorée auparavant, quatre méthodes sont utilisées pour caractériser la couche irradiée par des protons dans ZrC : la microscopie thermique à balayage (SThM), la radiométrie photothermique (PTR) avec détection sur la face avant et balayage spatial, la thermographie infrarouge lock-In (IRT), et la PTR tomographique avec balayage en fréquence. Pour la première fois, le profil de conductivité thermique en profondeur d'un échantillon irradié est mesuré directement. Les profils obtenus par chacune des méthodes d'analyse spatiale sont comparés les uns aux autres et à la prévision numérique du profil endommagé. La nature complémentaire des différentes techniques valide le profil mesuré et la dégradation constatée de la conductivité thermique de l'échantillon de ZrC
In nuclear applications, material properties can undergo significant alteration due to destructive interaction with irradiating particles at microstructural levels that affect bulk properties. One of the challenges associated with studies of ion-Irradiated materials is that the affected layer, or penetration depth, is typically very thin (~0.1-100 μm). This study expands the current knowledge base regarding thermal transport in ion-Irradiated materials through the use of a multiscaled experimental approach using thermal wave methods. In a manner not previously explored, four thermal wave methods are used to characterize the proton-Irradiated layer in ZrC including scanning thermal microscopy (SThM), spatial-Scanning front-Detection photothermal radiometry (PTR), lock-In IR thermography (lock-In IRT), and tomographic, frequency-Based PTR. For the first time, the in-Depth thermal conductivity profile of an irradiated sample is measured directly. The profiles obtained by each of the spatial scanning methods are compared to each other and the numerical prediction of the ion-Damage profile. The complementary nature of the various techniques validates the measured profile and the measured degradation of thermal conductivity in the ZrC sample

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Valalaki, Aikaterini. "Etude des propriétés thermoélectriques et d’isolation thermique du Si poreux et Si nanocristallin". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT031/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse a été consacrée à l’étude du Si poreux comme matériaux à faible conductivité thermique (k) pour application aux dispositifs thermoélectriques à base de Si. D’autres paramètres thermoélectriques, comme par exemple le coefficient Seebeck de ce matériau, ont été également étudiés.Si poreux est un matériau complexe composé de nanostructures de Si séparées de vide. Quand la porosité est élevée, sa conductivité thermique est bien inférieure à celle de Si cristallin. Nous avons étudié la conductivité thermique de Si poreux de différentes morphologies et porosités dans la gamme de températures 4.2-350K. Les mesures à T<20K sont les premières dans la bibliographie et ont montré une saturation de k en fonction de T pour ces températures. A des températures supérieures à 20K, k augmente régulièrement avec la température. La dépendance de température de k de Si poreux a été interprétée en considérant des modèles théoriques, basées sur la nature “fractal” de Si poreux. Nous avons calculé la dimension fractale de Si poreux par des images de microscopie électronique à balayage (SEM) et l’algorithme de “box counting”.Deux méthodes différentes ont été utilisées pour mesurer k: la méthode à courant direct (dc) combinée avec une analyse FEM et la méthode 3ω. Nous avons proposé deux approches améliorées pour extraire k du signal de potentiel 3ω en fonction de la fréquence. La première considère l’accord des résultats expérimentaux avec la solution asymptotique intégrale de la formule de Cahill, et la seconde fait une analyse des résultats expérimentaux en solvant l’équation temporelle de transfert de chaleur par des éléments finis. Plus précise est la méthode 3ω combinée avec des éléments finis. Les résultats correspondants sont en bon accord avec ceux obtenus par la méthode dc.Nous avons aussi étudié le Si poreux comme matériau thermoélectrique. Dans ce cas, le Si poreux peut être intéressant si il a une faible porosité, car le matériau à haute porosité est très résistive. Dans ce but, nous avons déterminé le coefficient Seebeck (S) des membranes de Si poreux de différentes porosités dans la gamme 40-84%, en utilisant un dispositif de mesure spécialement développé à cet effet. Pour des échantillons de porosité 51%, la valeur de coefficient S est de 1mV/K, bien supérieure à celle le Si cristallin. La dépendance de S de la porosité n’est pas monotone, et ceci est attribué à une combinaison des effets de filtrage d’énergie, des collisions des phonons et interactions phonon-porteurs électriques. Les résultats obtenus sont basées sur des mesures de photoluminescence (PL) et observations microscopiques à transmission (TEM). Nous avons enfin conclue que, malgré le coefficient S très élevé, le Si poreux n’est pas adéquat comme matériau thermoélectrique à cause de sa faible conductivité électrique, qui diminue en augmentant la porosité à cause de la résultante déplétion de porteurs.Nous avons aussi étudié des films minces polycristallins dopés avec du Bore. Ces films sont très intéressants comme matériaux thermoélectrique, car ils sont compatibles avec les procédés de fabrication des circuits intégrés de Si. Leur performance thermoélectrique est améliorée par diminution de la taille des grains. Des films minces polycristallins d’épaisseur entre 100 et 500nm ont été étudiés. Tous leurs paramètres thermoélectriques ont été mesurés et nous avons trouvé que le facteur de performance thermoélectrique zT augmente d’un facteur 3 en diminuant l’épaisseur de 500 à 100nm ceci étant attribué à la diminution de la taille des grains dans les films, conduisant à zT = 0.033, qui est la meilleure valeur reporté dans la littérature.Ce résultat compétitif augmente le potentiel d’utilisation des films polycristallins dans des dispositifs thermoélectriques efficaces, compatibles à la technologie de Si
This thesis is devoted to the thermal conductivity and other thermoelectric properties of porous silicon (PSi) and thin polycrystalline Si films (thickness: 100-500 nm).PSi is a complex material composed of a Si skeleton of interconnected nanowires and dots, separated by voids. When it is highly porous, its thermal conductivity is very low, even below that of the amorphous Si. This makes it a good material for use as a thermal isolation platform on the Si wafer. In addition, its Seebeck coefficient is much higher than that of bulk c-Si.We studied k of PSi layers with different morphologies and porosities, in the temperature range 4.2-350K. The measurements below 20K are the first reported in the literature. A plateau-like dependence on temperature was observed for T below 20K, while above this temperature a monotonic increase with T is observed. The observed behaviour was interpreted using known theoretical models, based mainly on the fractal nature of PSi. PSi was characterized as a fractal material by calculating its fractal dimension using SEM images and the box counting algorithm.Two different methods were used to determine porous Si thermal conductivity: the DC method combined with FEM analysis and the 3ω method. Concerning the 3ω method, two improved approaches were proposed for extracting k from the 3ω voltage as a function of frequency: the first uses a fitting of the experimental data to the asymptotic solution of the Cahill’s integral formula, and the second is based on the analysis of the experimental data by combining them with a solution of the transient heat transfer equation using FEM analysis. The results in this second case were more accurate and in very good agreement with the DC method.We also measured the Seebeck coefficient (S) of PSi membranes with porosities 40-84% using a home-built setup, which was fabricated, calibrated and tested within this thesis. A value as high as 1mV/K was obtained for the 51% porosity sample. An anomalous porosity dependence of S was obtained, which was attributed to the interplay between energy filtering, phonon scattering and phonon drag effects. The results were explained by combining them with PL and TEM measurements, used for the determination of nanocrystal sizes. We concluded that, despite of the extremely low k and the high S of PSi, the material with the studied high porosities is not adequate for use as a “good thermoelectric” material, because of its significantly low electrical conductivity, which decreases with increasing porosity, resulting from carrier depletion during formation.We also studied the thermoelectric properties of thin, boron-doped, polycrystalline silicon films, which are much more attractive for use as Si-based thermoelectrics than porous Si. Their thermoelectric performance is improved by decreasing film thickness, due to a decrease in polysilicon grain size. Thin films with thickness between 100-500nm were investigated. We measured their thermal conductivity, resistivity and Seebeck coefficient and extracted their thermoelectric figure of merit, which showed threefold increase by reducing film thickness down to 100nm. A value as high as 0.033 was achieved, which is the highest reported in the literature so far for boron-doped polysilicon films at room temperature. This increase is attributed to a decrease in the grain size of the material. The obtained value shows the interest of nanocrystalline Si films for integration in efficient Si-based thermoelectric generators, compatible with CMOS processing

Tesi sul tema "Elasticité et Conductivité Thermique"

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