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Teses / dissertações sobre o tema "Couche de diffusion (GDL)"
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Roussillo, Bertrand. "Préparation, caractérisation et modélisation de fibres carbonnées par électrofilage comme couche de diffusion des gaz (GDL) pour pile à combustible PEMFC". Electronic Thesis or Diss., Université de Toulouse (2023-....), 2024. http://www.theses.fr/2024TLSEP081.
Texto completo da fonteResumo:
Les piles à combustible PEMFC représentent l'avenir des véhicules électriques lourds. L'amélioration des performances, des coûts et de la durabilité de ses composants constitue les objectifs clé pour cette technologie. La couche de diffusion des gaz (GDL) joue un rôle essentiel dans les performances de la PEMFC. En effet, elle assure le transport des fluides, les conductivités électriques et thermiques, et réduit le noyage de la cathode tout en maintenant la membrane hydratée [1].La fabrication et la caractérisation des GDL électrofilées (eGDL) sont étudiées. L'électrofilage permet de créer des fibres de carbone et des pores de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. C'est deux ordres de grandeur plus petits que la taille des fibres et des pores des GDL commerciales. L'électrofilage a récemment été utilisé pour concevoir des GDL pour les PEMFC [2],[3]. La polyvalence de cette technique innovante est exploitée pour produire des eGDL avec des microstructures (taille de fibres, taille de pores) contrôlées [4]. L'imagerie haute résolution (tomographie à rayons X en synchrotron, Fib-Sem) est utilisée pour analyser la microstructure des GDL électrofilées et commerciales. Une méthode de segmentation machine learning est utilisée pour séparer les différentes phases solides des GDL commerciales (phase fibre hydrophile et phase liant/PTFE hydrophobe). Des simulations d'intrusion d'eau sont réalisées en tenant compte de la mouillabilité mixte des différentes phases. Une caractérisation détaillée des propriétés de transport des fluides (diffusion, tortuosité, perméabilité aux gaz et aux liquides, pression capillaire) est menée à partir des structures 3D [5]. La dépendance à l'intrusion simulée d'eau liquide et à la compression est étudiée. Des relations entre les propriétés de transport et les paramètres microstructuraux sont établies, évaluant l'applicabilité des modèles classiques tels que Bruggeman et Karman-Kozeny. Enfin, les résultats sont reliés avec les performances électrochimiques réelles de la GDL en effectuant des essais sur des piles à combustible. La microstructure des eGDL est optimisée en ajustant les paramètres de fabrication pour améliorer les propriétés de transport des fluides et les performances. Des performances proches de celles des GDL commerciales (<10% de différence) sont obtenues avec des eGDL sans liant et sans PTFE, réduisant ainsi la complexité de la GDL. Cette thèse permet de mieux comprendre les relations entre la microstructure, les propriétés de transport des fluides et les performances de la GDL.[1] A. Ozden, S. Shahgaldi, X. Li, and F. Hamdullahpur, Progress in Energy and Combustion Science, vol. 74, pp. 50–102, Sep. 2019, doi: 10.1016/j.pecs.2019.05.002.[2] S. Chevalier, N. Lavielle, B. D. Hatton, and A. Bazylak, Journal of Power Sources, vol. 352, pp. 272–280, Jun. 2017, doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.098.[3] G. Ren, Z. Qu, X. Wang, and G. Zhang, International Journal of Hydrogen Energy, p. S0360319923009254, Mar. 2023, doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.02.093.[4] J. Xue, T. Wu, Y. Dai, and Y. Xia, Chem. Rev., vol. 119, no. 8, pp. 5298–5415, Apr. 2019, doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00593.[5] J. Becker, R. Flückiger, M. Reum, F. N. Büchi, F. Marone, and M. Stampanoni, , J. Electrochem. Soc., vol. 156, no. 10, p. B1175, 2009, doi: 10.1149/1.3176876PEM fuel cells represent the future of heavy electric vehicles. Improving the performance, cost and durability of its components constitutes key objectives for this technology. The gas diffusion layer (GDL) plays a critical role in fuel cell performance. Indeed, it ensures fluid transport, provides electrical and thermal conductivities, and must prevent cathode flooding while keeping the membrane well hydrated [1].The manufacture and characterization of electrospun GDL (eGDL) is investigated. Electrospinning allows for the creation of carbon fibers and pores in the range of hundreds of nanometers. This is two orders of magnitude smaller than the fiber and pore sizes of commercial GDL. Electrospinning has recently been used to design tailored porous media for PEMFC [2], [3]. The versatility of this innovative technique is exploited to produce eGDL with controlled microstructures, varying porosity, fiber and pore sizes [4]. High resolution imaging (synchrotron X-Ray tomography, FIB-SEM) is employed to analyse the microstructure of electrospun and commercial GDL. An advanced segmentation method by machine learning is used to separate the different solid phases of commercial GDL (hydrophilic fiber phase and hydrophobic binder/PTFE phase). A detailed characterization of fluid transport properties (diffusion, tortuosity, gas and liquid permeability, capillary pressure) is investigated from segmented 3D structures [5]. Water intrusion simulations are carried out, taking into account the mixed wettability of the different phases. The dependence on simulated liquid water intrusion and of compression is explored. Relationships between transport properties and microstructural parameters are established, evaluating the applicability of classical models such as Bruggeman and Karman-Kozeny. Finally, the results are related to the actual electrochemical performance of GDL by performing fuel cell tests. The microstructure of eGDL is optimized by adjusting the manufacturing parameters for improved fluid transport properties and performance. Performance close to those of commercial GDL (<10% difference) are obtained with binder-free and PTFE-free eGDL, thus reducing the complexity of the GDL. This thesis provides a better understanding of the relationships between microstructure, fluid transport properties and GDL performance.[1] A. Ozden, S. Shahgaldi, X. Li, and F. Hamdullahpur, Progress in Energy and Combustion Science, vol. 74, pp. 50–102, Sep. 2019, doi: 10.1016/j.pecs.2019.05.002.[2] S. Chevalier, N. Lavielle, B. D. Hatton, and A. Bazylak, Journal of Power Sources, vol. 352, pp. 272–280, Jun. 2017, doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.098.[3] G. Ren, Z. Qu, X. Wang, and G. Zhang, International Journal of Hydrogen Energy, p. S0360319923009254, Mar. 2023, doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.02.093.[4] J. Xue, T. Wu, Y. Dai, and Y. Xia, Chem. Rev., vol. 119, no. 8, pp. 5298–5415, Apr. 2019, doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00593.[5] J. Becker, R. Flückiger, M. Reum, F. N. Büchi, F. Marone, and M. Stampanoni, , J. Electrochem. Soc., vol. 156, no. 10, p. B1175, 2009, doi: 10.1149/1.3176876
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Desplobain, Sébastien. "Étude et réalisation de couches de diffusion de gaz en silicium poreux appliquées à la fabrication de micropiles à hydrogène". Thesis, Tours, 2009. http://www.theses.fr/2009TOUR4030/document.
Texto completo da fonteResumo:
L'objectif de cette thèse a consisté à étudier des procédés de fabrication de couches de diffusion de gaz (GDL) en silicium poreux appliqués à l'intégration de micropiles à combustible de type PEMFC sur plaquette de silicium. Deux types de couches ont été étudiés : sur surface plane (2D) et sur surface texturée (3D). Les couches de diffusion de gaz ont été réalisées par l'anodisation de silicium de type N fortement résistif. Une localisation des motifs poreux a été obtenue par ouverture d'un masque en polysilicium sur oxyde thermique de silicium. Seules les GDL 2D entièrement macroporeuses assuraient un débit d'hydrogène compatible avec les objectifs de fabrication d'une micropile prototype. Le prototype a permis de valider la compabilité de la couche de diffusion de gaz avec les étapes d'empilement des couches actives constitutive de la micropile. Son fonctionnement nous a permis d'atteindre une densité de puissance de 250 mW/cm²This thesis work deals with porous silicon gas diffusion layer (GDL) fabrication process. The aim was to integrate this GDL into proton exchange membrane micro fuel cells (PEMFC). Consequently, the GDL must be localized in specific wafer areas. We have also developed 2D and 3D structures. To produce a GDL, we have anodized low doped N type silicon subrates. thus, we have fabricated macroporous GDL and double layer structures made up of a mesaporous layer on a macroporous one. Patterning of the GDL has been obtained through a hard mask (polysilicon on top of a silicon oxide layer) or using a localized doping. We have concluded this work by achieving micro fuel cell prototypes with macroporous silicon gas diffusion layers. After validation of micro PEMFC active layer mechanical stacking, we have measured a maximum power density of about 250 mW/cm²
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Lenormand, Pascal. "Etude de l'évolution microstructurale de précurseurs d'oxyde de zirconium à l'état de gel, xérogel, couche mince et aérosol par diffusion de rayons X". Limoges, 2001. http://www.theses.fr/2001LIMO0043.
Texto completo da fonteResumo:
Dans ce travail, nous nous intéressons aux précurseurs de zircone synthétisés par voie sol-gel: gel,xérogel,couche mince et aérogel. L'objectif est de préciser le rôle spécifique des différents états d'agrégation des particules élémentaires constituant ces précurseurs sur l'évolution de leur microstructure au cours de traitements thermiques à basse température. La technique de caractérisation majoritairement utilisée est la diffusion centrale des rayons X. Dans le cas des couches minces, la géométrie du montage expérimental a été adaptée au cas de l'incidence rasante et un appareillage original de réflectrométrie des rayons X,permettant de mesurer leur épaisseur et leur densité,a également été mis au point. Le sol précurseur de zircone est élaboré dans un système n-propoxyde de zirconium,acétylacétone, n-propanol et eau. Pour la composition choisie,la nature colloi͏̈dale du sol est clairement demontrée. Au cours de la gélification, le réseau solide s'établit par un mécanisme d'agrégation amas-amas limité par la diffusion et présente une microstructure fractale. Au cours d'un séchage par étuvage,cette microstructure s'effondre. Le xérogel est alors constitué d'un empilement compact des particules élémentaires du gel. Lors de recuits isothermes à basse température,il cristallise dans la phase quadralique de la zircone. Les cristaux,nanométriques,sont spacialement ordonnés et leur distribution en taille est relativement étroite. Leur croissance est contrôlée par un mécanisme de diffusion de surface. Les films minces sont réalisés par trempage d'un substrat monocristallin d'alumine dans le sol précurseur de zircone. Ils se forment par concentration de ses particules élémentaires à la surface du substrat. Leur évolution microstructurale, lors de recuits isothermes à faible température, est en tout point similaire à celle du xérogel massif et la présence de l'interface couche-substrat ne semble pas jouer un rôle prépondérantIn this work, we are interested in zirconia precursors synthesised by the sol gel method : gel, xerogel, thin film and aerogel. The objective is to precise the specific role of the various states of aggregation of the elementary particles constituting these precursors on the evolution of their microstructure during a low temperature thermal processing
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Sole, Joshua David. "Investigation of Novel Gas Diffusion Media for Application in Pem Fuel Cell Ribbon Assemblies". Thesis, Virginia Tech, 2005. http://hdl.handle.net/10919/36392.
Texto completo da fonteResumo:
A new type of fuel cell architecture, the fuel cell ribbon, is presented. The fuel cell ribbon architecture relies on the gas diffusion layer (GDL) to conduct electrical current in-plane to adjacent cells or collector terminals. The potential advantages of the fuel cell ribbon architecture with respect to conventional fuel cell stacks include reduced manufacturing costs, reduced weight, reduced volume, and reduced component cost. The critical component of fuel cell ribbon assemblies, the gas diffusion media, is investigated herein. Analytical models which focus on the electrical loses within the gas diffusion media of the novel architecture are developed. The materials and treatments necessary to fabricate novel gas diffusion media for fuel cell ribbon assemblies are presented. Experimental results for the novel gas diffusion media of are also presented.
One dimensional and two dimensional analytical models were developed for the fuel cell ribbon. The models presented in this work focus on the losses associated with the transport of the electrons in fuel cell ribbon assemblies, rather than the complex system of equations that governs the rate of electron production. The 1-D model indicated that the GDL used in ribbon cells must exhibit an in-plane resistance which is approximately an order of magnitude lower than the resistance of gas diffusion media typically used in conventional fuel cells. A 2-D model was developed with which a parametric study of GDL properties and ribbon cell dimensions was performed. The parametric study indicated that ribbon cells of useful size can be constructed using novel diffusion media that offer reduced resistivity, and that the ribbon cells can produce as much as 80-85% of the power density produced in a conventional fuel cell.
Novel gas diffusion media for fuel cell ribbons that have the necessary characteristics suggested by the analytical study were developed.. Properties and performance for a commercially available gas diffusion media, ELAT, were measured as a reference for the novel media developed. The increased thickness PAN (ITPN) series diffusion media was constructed of PAN based fibers exhibiting similar resistive properties to the fibers used in ELAT. The ITPN series of materials were woven in a manner which made them approximately twice the thickness of ELAT, effectively reducing their in-plane resistance to half the resistance exhibited by ELAT. The coarsely woven pitch (CWPT) series of materials were constructed in a manner which yielded a similar number of fibers in the plane of the material to ELAT and a similar material thickness to ELAT, but the fibers used were mesophase pitch based fibers which exhibit a resistivity of approximately one-tenth the resistivity of the fibers used to make the ELAT and ITPN materials. The reduction in fiber resistivity led to the CWPT material having an in-plane resistance an order of magnitude lower than ELAT. The widely used ELAT material exhibited an in-plane resistance of 0.39 Ω/sq., a through-plane area specific resistance of 0.007 Ω-cm2, and a Darcy permeability coefficient of 8.1 Darcys. The novel diffusion materials exhibited in-plane resistances in the range of 0.18-0.036 Ω/sq., through-plane area specific resistances in the range of 0.017-0.013 Ω-cm2, and Darcy permeability coefficients in the range of 30-150 Darcys.
Experiments were performed to validate the analytical model and to prove the feasibility of fuel cell ribbon concept. When the novel gas diffusers were adhered to a catalyzed membrane and tested in a ribbon test assembly utilizing serpentine flow channels and in-plane current collection, a range of performance was achieved between 0.28-0.4 A/cm2 at a cell output potential of 0.5 V. In contrast, when ELAT was adhered to a catalyzed membrane and tested in the fixture requiring in-plane conduction, a current density of 0.21 A/cm2 was achieved at 0.5 V. Additionally, the 2-D finite element model was used to predict the performance of a ribbon cell based on the cells performance when a conventional method of through-plane conduction was utilized. The agreement between the experimental data and the model predictions was very good for the ELAT and ITPN materials, whereas the predictions for the CWPT materials showed more significant deviation which was likely due to mass transport and contact resistance effects.Master of Science
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Denicourt, Normand. "La diffusion latérale des phospholipides en couche monomoléculaire". Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 1990. http://depot-e.uqtr.ca/6782/1/000587544.pdf.
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Morgan, Jason. "Towards an Understanding of the Gas Diffusion Layer in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells". Digital WPI, 2016. https://digitalcommons.wpi.edu/etd-dissertations/555.
Texto completo da fonteResumo:
The gas diffusion layer (GDL) is one of the key components in a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell. It performs several functions including the transport of reactant gases and product water to and from the catalyst layer, conduction of both electrons and heat produced in the catalyst layer, as well as mechanical support for the membrane. The overarching goal of this work is to thoroughly examine the GDL structure and properties for use in PEM fuel cells, and more specifically, to determine how to characterize the GDL experimentally ex-situ, to understand its performance in-situ, and to relate theory to performance through controlled experimentation. Thus, the impact of readily measured effective water vapor diffusivity on the performance of the GDL is investigated and shown to correlate to the wet limiting current density, as a surrogate of the oxygen diffusivity to which it is more directly related. The influence of microporous layer (MPL) design and construction on the fuel cell performance is studied and recommendations are made for optimal MPL designs for different operating conditions. A method for modifying the PTFE (Teflon) distribution within the GDL is proposed and the impact of distribution of PTFE in the GDL on fuel cell performance is studied. A method for characterizing the surface roughness of the GDL is developed and the impact of surface roughness on various ex-situ GDL properties is investigated. Finally, a detailed analysis of the physical structure and permeability of the GDL is provided and a theoretical model is proposed to predict both dry and wet gas flow within a GDL based on mercury intrusion porosimetry and porometry data. It is hoped that this work will contribute to an improved understanding of the functioning and structure of the GDL and hence advance PEM fuel cell technology.
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Neff, David N. "Integrated Bipolar Plate – Gas Diffusion Layer Design for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells". Wright State University / OhioLINK, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=wright1261092610.
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Caston, Terry Brett. "Design of a gas diffusion layer for a polymer electrolyte membrane fuel cell with a graduated resistance to flow". Thesis, Georgia Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1853/34790.
Texto completo da fonteResumo:
Due to escalating energy costs and limited fossil fuel resources, much attention has been given to polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells. Gas diffusion layers (GDLs) play a vital role in a fuel cell such as (1) water removal, (2) cooling, (3) structural backing, (4) electrical conduction and (5) transporting gases towards the active catalyst sites where the reactions take place. The power density of a PEM fuel cell in part is dependent upon how uniform the gases are distributed to the active sites. To this end, research is being conducted to understand the mechanisms that influence gas distribution across the fuel cell. Emerging PEM fuel cell designs have shown that higher power density can be achieved; however this requires significant changes to existing components, particularly the GDL. For instance, some emerging concepts require higher through-plane gas permeability than in-plane gas permeability (i.e., anisotropic resistance) which is contrary to conventional GDLs (e.g., carbon paper and carbon cloth), to obtain a uniform gas distribution across the active sites. This is the foundation on which this thesis is centered. A numerical study is conducted in order to investigate the effect of the gas permeability profile on the expected current density in the catalyst layer. An experimental study is done to characterize the effects of the weave structure on gas permeability in woven GDLs. Numerical simulations are developed using Fluent version 6.3.26 and COMSOL Multiphysics version 3.5 to create an anisotropic resistance profile in the unconventional GDL, while maintaining similar performance to conventional GDL designs. The effects of (1) changing the permeability profile in the in-plane and through-plane direction, (2) changing the thickness of the unconventional GDL and (3) changing the gas stoichiometry on the current density and pressure drop through the unconventional GDL are investigated. It is found that the permeability profile and thickness of the unconventional GDL have a minimal effect on the average current density and current density distribution. As a tradeoff, an unconventional GDL with a lower permeability will exhibit a higher pressure drop. Once the fuel cell has a sufficient amount of oxygen to sustain reactions, the gas stoichiometry has a minimal effect on increases in performance. Woven GDL samples with varying tightness and weave patterns are made on a hand loom, and their in-plane and through-plane permeability are measured using in-house test equipment. The porosity of the samples is measured using mercury intrusion porosimetry. It is found that the in-plane permeability is higher than the through-plane permeability for all weave patterns tested, except for the twill weave with 8 tows/cm in the warp direction and 4 tows/cm in the weft direction, which exhibited a through-plane permeability which was 20% higher than the in-plane permeability. It is also concluded that the permeability of twill woven fabrics is higher than the permeability of plain woven fabrics, and that the percentage of macropores, ranging in size from 50-400 µm, is a driving force in determining the through-plane permeability of a woven GDL. From these studies, it was found that the graduated permeability profile in the unconventional GDL had a minimal effect on gas flow. However, a graduated permeability may have an impact on liquid water transport. In addition, it was found that graduating the catalyst loading, thereby employing a non-uniform catalyst loading has a greater effect on creating a uniform current density than graduating the permeability profile.
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El, Khoury Lara. "Diffusion Raman résonante des rayons X de molécules excitées en couche profonde". Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066305.
Texto completo da fonteResumo:
Nous avons réalisé des mesures expérimentales de diffusion résonante de rayon X sur des molécules chlorées isolées en phase gazeuse (HCl, CH3Cl). Nous avons utilisé le rayonnement synchrotron dans le domaine des rayons X ‘tendres’ (1-10 keV) comme source d’excitation. L’intérêt de cette gamme d’énergie réside dans la durée de vie femtoseconde, voir sub-femtoseconde de la lacune créée après absorption d’un photon. La spectroscopie de diffusion des rayons X permet de mettre à profit ce temps caractéristique, introduit dans l’état intermédiaire, pour sonder dans cette échelle de temps, la dynamique nucléaire. Nous avons mesuré à la fois l’émission Kα et Kβ au seuil Cl K de ces molécules chlorées. Le comportement de l’émission Kα en fonction de l’énergie d’excitation nous apporte des informations sur la topologie des surfaces d’énergie potentielle. La forme de l’émission Kβ en fonction de l’énergie d’excitation permet de sonder plus particulièrement la dynamique nucléaire ayant lieu dans l’état intermédiaire. Cette émission permet également d’accéder à la variation de la section efficace élastique en fonction de l’énergie d’excitation montrant des profils caractéristique d’interférence. Tous ces résultats sont analysés dans le cadre du formalisme de la diffusion résonante des rayons X où des calculs de DFT ont été menés en collaboration.
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Dieudonne, Eva. "Diffusion électromagnétique par des objets inhomogènes : de la couche à la structure complexe". Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4304/document.
Texto completo da fonteResumo:
Les objets électromagnétiques sont conçus en considérant des matériaux aux propriétés radio-électriques (permittivité, perméabilité) homogènes. Néanmoins, lors de leur réalisation les matériaux réels peuvent présenter des fluctuations de ces propriétés. Ce travail porte sur la mise au point d'outils capables d'estimer le champ diffusé produit par les fluctuations. Trois méthodes ont été mises au point : EMFORS, ABE et RECY pour la détermination du champ diffusé par des fluctuations de permittivité et de perméabilité. La modélisation de la contribution des fluctuations de perméabilité est une avancée significative. En effet, il n'existait pas d'outil traitant ce problème dans toute sa généralité pour estimer le champ diffusé par cette fluctuation. L'absence de magnétisme aux fréquences des ondes optiques en est la principale raison.La méthode RECY est une méthode qui permet d'estimer à l'aide du principe de réciprocité le champ diffusé dans un objet quelconque à partir de la simple connaissance du champ dans l'objet sans défaut et de la fluctuation. Cette méthode permet une fois le calcul du champ idéal effectué par une méthode quelconque (analytique ou numérique) de calculer le champ diffusé de n'importe quelle forme de fluctuation. Nous avons appliqué RECY à des structures comme un réseau simple, une structure industrielle et aux cristaux photoniquesElectromagnetic objects are designed by considering homogeneous materials properties (permittivity, permeability). However, during their realization real materials may present fluctuations of their properties. This work focuses on the development of tools able to estimate scattered fields produced by fluctuations. Three methods have been developed: EMFORS, ABE and RECY for the determination of the scattered field by fluctuations of permittivity and permeability. Taking into account permeability fluctuations is a significant advance. Indeed, there was no tool to estimate the scattered field by such a fluctuation, due to the absence of magnetic properties at optical frequencies.The RECY method is a method which allows to estimate the field in an object using the principle of reciprocity from the knowledge of the field in the object without defect and of the fluctuation function. This method allows, once the ideal field calculated by any method (analytic or digital), to obtain the scattered field from any structure.We applied RECY for structures such as elementary gratings, an industrial structure and photonic crystals
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Sole, Joshua David. "Investigation of Water Transport Parameters and Processes in the Gas Diffusion Layer of PEM Fuel Cells". Diss., Virginia Tech, 2008. http://hdl.handle.net/10919/27538.
Texto completo da fonteResumo:
Constitutive relationships are developed to describe the water transport characteristics of the gas diffusion layer (GDL) of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Additionally, experimental fixtures and procedures for the determination of the constitutive relationships are presented. The water transport relationships are incorporated into analytical models that assess the impact of the water transport relations and that make PEMFC performance predictions. The predicted performance is then compared to experimental results.
The new constitutive relationships are significantly different than the currently popular relationships used in PEMFC modeling because they are derived from experiments on actual PEMFC gas diffusion layer materials. In prior work, properties of the GDL materials such as absolute permeability, liquid water relative permeability, porosity, and capillary behavior are often assumed or used as adjustment parameters in PEMFC models to simplify the model or to achieve good fits with polarization data. In this work, the constitutive relations are not assumed but are determined via newly developed experimental techniques.
The experimental fixtures and procedures were used to characterize common GDL materials including carbon papers and carbon cloths, and to investigate common treatments applied to these materials such as the bulk application of a hydrophobic polymer within the porous structure.
A one-dimensional model is developed to contrast results based on the new constitutive relations with results based on commonly used relationships from the PEMFC literature. The comparison reveals that water transport relationships can have a substantial impact on predicted GDL saturation, and consequently a significant impact on cell performance. The discrepancy in saturation between cases can be nearly an order of magnitude. A two-dimensional model is also presented that includes the impact of the compressed GDL region under the shoulder of a bipolar plate. Results show that the compression due to the bipolar plate shoulder causes a significant increase in liquid saturation, and a significant reduction in oxygen concentration and current density for the paper GDL. In contrast, compression under the shoulder has a minimal impact on the cloth GDL. Experimental inputs to the 2-D model include: absolute permeability, liquid water relative permeability, the slope of the capillary pressure function with saturation, total porosity, GDL thickness, high frequency resistance, and appropriate Tafel parameters. Computational polarization curve results are compared to experimental polarization behavior and good agreement is achieved.Ph. D.
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Pillet, Guillaume. "Diffusion thermique de nanocarbones au voisinage d'une surface de polymère thermoplastique". Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30247.
Texto completo da fonteResumo:
Les applications intégrant les nanotubes de carbone augmentent rapidement maintenant que leur bio-toxicité a été évaluée comme limitée. Une fois intégrés dans une matrice polymère, il est possible d'ajuster les propriétés mécaniques et électriques de celle-ci. Dans cette thèse, nous avons étudié la formation et la diffusion de films minces de nanotubes de carbones multi-parois (MWCNT) à la surface d'un polymère thermoplastique haute performance, le poly éther éther cétone (PEEK) possédant un point de fusion élevé (342 ° C). La synthèse des films composites conducteurs électriques comportent différentes étapes de préparation (dispersion dans des liquides, création d'interface en jouant sur les miscibilités). L'optimisation des paramètres de recuit a permis d'avoir des mesures électriques et optiques exploitables. Nous avons analysé en détail la diffusion du polymère dans le film de nanotubes et étudié la dynamique du front de diffusion à l'aide de la microscopie électronique. Un modèle simple pour la conductivité électrique permet expliquer quantitativement les observations expérimentales. La corrélation entre la conductivité électrique et la transmittance optique d'une couche composite donnée, permet d'étudier la diffusion en fonction de la durée de recuit. Les propriétés piézo-électriques des films composites minces fabriqués ne sont que partiellement réversibles en raison du transfert limité des contraintes mécaniques au réseau de nanotubes de carbone. En contrôlant l'imprégnation des agglomérats de nanotubes par le polymère, il est possible de contrôler les propriétés électriques de la surface, ce qui peut avoir des applications pour la réparation de surfaces composites et la restauration de leurs propriétés électriques ou mécaniques. La spectroscopie Raman et la microscopie électronique à transmission ont été utilisées pour la caractérisation structurelle. Le travail présenté est définitivement multidisciplinaire couvrant la synthèse, la caractérisation structurelle et mesures de transport électronique pour comprendre la formation de surface composites conductrices électriqueThe use of carbon nanotubes is growing fast since their limited bio-toxicity has been assessed. When embedded in a polymeric matrix, one can tailor the mechanical and electrical properties. In this thesis, we studied the formation and diffusion of multiwall carbon nanotube (MWCNT) thin films at the surface of a high performance thermoplastic polymer, poly-ether-ether-ketone (PEEK) with a high temperature melting point (342 °C). The synthesis and characterization of the electrically conductive composite films consists of different preparation steps (dispersion in liquids, creation of interface by playing on the miscibilities) and the optimization of the annealing parameters followed by electrical and optical measurements. We analyzed in detail the diffusion of the polymer into the nanotube film and studied the diffusion front using electron microscopy. A simple model of the electrical conductivity can explain quantitatively the experimental observations. Correlating the electrical conductivity and optical transmittance of a given composite layer allows studying the diffusion as a function annealing time. Piezo-electrical properties of the fabricated thin composite film are only partially reversible due to limited transfer of mechanical stress to the carbon nanotube network. By controlling the impregnation of the agglomerated nanotubes by the polymer, it is possible to control the electrical properties of the surface which may have applications for the repair of composite surfaces and the restoration of electrical or mechanical surface properties. Raman spectroscopy and transmission electron microscopy have been used for the structural characterization. The presented work is definitively multidisciplinary covering synthesis, structural characterization and electronic transport measurements to understand the formation of electrically conducting surface composites
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Ma, Wei. "Caractérisation du processus de réorganisation moléculaire en couche mince de copolymère à bloc et développement de la technique diffusion rayons X mous résonante". Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066643.
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Un copolymère dibloc se compose de deux blocs liés par des liaisons covalentes. Ces blocs peuvent être choisis avec des propriétés spécifiques : par exemple, les diblocs copolymères amphiphiles sont composés d’un bloc hydrophile et l’autre hydrophobe. On peut les utiliser pour obtenir une couche mince de polymère dont la composition de surface peut être modifiée entre hydrophile et hydrophobe. Lorsque l’environnement est modifié, une réorganisation moléculaire de la surface se produit et réduit l’énergie de surface. Cependant, on en sait peu sur la structure du volume de la couche mince pendant cette réorganisation. L’investigation de la réorganisation de surface, dans le volume et leur corrélation sont donc les principaux objectifs de cette thèse. La réflectivité de rayons X ou de neutrons est une technique puissante pour étudier la structure interne des couches minces normalement à leur surface. L’XPS quantifie la composition chimique de la surface ; la mesure de l’angle de contact la caractérise qualitativement. Enfin, le MEB et l’AFM sondent la topographie de surface de la couche à des échelles micro- et nanométrique. Nous détaillons la morphologie de surface des couches minces de copolymères diblocs en fonction de l’épaisseur initiale. Ensuite, la dynamique de formation de l’ordre lamellaire du volume est présentée. Enfin, on compare des couches minces de polymère sur un substrat hydrophile ou hydrophobe. Nous développons aussi une nouvelle technique de réflectivité des rayons X mous résonante pour obtenir un contraste supérieur entre les deux blocs. Nous avons appliqué cette technique à la structure lamellaire formée par notre copolymère dibloc symétrique
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Jinuntuya, Fontip. "Numerical investigation of the structure effects on water transportation in PEMFC gas diffusion layers using X-ray tomography based Lattice Boltzmann method". Thesis, Loughborough University, 2015. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/16587.
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The excessive presence of liquid water in a gas diffusion layer (GDL) hinders the access of reactant gases to the active sites of the catalyst layer leading to decreased performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC). Therefore, GDLs are usually treated with a hydrophobic agent to render their fibres more hydrophobic in order to facilitate gas transport and water removal. Numerous studies have been conducted to investigate water transport in PEMFCs in recent years; however, the behaviour of liquid water in a GDL at a pore-level is poorly understood. Macroscopic models fail to incorporate the influence of the structural morphology of GDLs on liquid water transport behaviour. Experimental methods are not conducive towards a good understanding at a microscopic level because of the diminutive size of the GDLs porous structure. Alternatively, the Lattice Boltzmann (LB) method has gathered interest as it is found to be particularly useful in fluid flow simulations in porous media due to its capability to incorporate the complex boundaries of actual GDL structures. To date, most studies on fluid transport in GDLs integrated artificial structures generated by stochastic simulation techniques to the LB models. The stochastic-based model, however, does not represent closely the microscopic features of the actual GDL as manufactured. In addition, comparison of liquid water transport behaviour in different GDL structures using the LB method is rare since only a single GDL material has been utilised in most of those studies. This thesis aims to develop our understanding of liquid water transport behaviour in GDLs with morphologically different structures under varying wettability conditions based on the LB method and the X-ray computed tomography (XCT) technique. GDLs with paper and felt structures were reconstructed into 3D digital volumetric models via the XCT process. The digital models were then incorporated into a LB solver to model water saturation distribution through the GDL domains. The GDL wettability was also altered so that the effect on liquid water behaviour in the GDL could be examined. This project is divided into three main sections. In the sensitivity analysis, the effect of image resolution on gas permeability through the X-ray reconstructed GDL was carried out using a single-phase LB model. It was found that the resolution variation could significantly affect the resulting gas permeability in both principal and off-principal directions, as well as computational time. An optimum resolution, however, exists at 2.72 μm/pixel, which consumed 400 times less computational time with less than 8% difference in the resulting permeability compared to the base resolution. This study also served as a guideline for selecting a resolution for generating the XCT images of the GDLs which were utilised in the following studies. In the structure analysis, the structures of the paper and felt GDLs were generated using the XCT and the key properties of each GDL, including thickness, porosity, permeability and tortuosity, were characterised. The thickness and the through-plane porosity distributions of each GDL were examined based on the tomography images. The resulting local through-plane porosity distributions were then used to calculate through-plane permeability and tortuosity distributions using an analytical model available in the literature. This study revealed the heterogeneity of the GDLs and how the heterogeneous nature of the GDL structures affects others properties of the GDLs. In this study, the absolute through-plane permeability and tortuosity of the X-ray-reconstructed GDL samples were also characterised using the single-phase LB model. The results from the two models were then compared and validated against data in the literature. In the water transport analysis, the two-phase LB model was employed to examine the effects of GDL structures on the behaviour of liquid water in the GDLs, including invasion patterns, saturation distribution and breakthrough behaviour under varying GDL wettability conditions. It was found that wettability was responsible for invasion patterns and water saturation levels whilst the GDL structure was mostly responsible for breakthrough occurrence and saturation distribution. It was observed that water travelled with stable displacement saturating all pores in hydrophilic GDLs, while it travelled with capillary fingering causing decreased saturation in hydrophobic GDLs, about 50% in the highly hydrophobic cases. The GDL structure was found to play a key role in breakthrough behaviour in the hydrophilic GDL as it was seen that the through-plane fibres in the felt structure and the through-plane binders in the paper structure encouraged water removal from the GDL in the thickness direction. Conversely, the GDL structure was found to have negligible influence on breakthrough in the hydrophobic GDL. Each GDL structure, however, contributed to a distinct difference in water distribution in the GDL with hydrophobic wettability. The work presented in this thesis contributes to the understanding of liquid water transport behaviour in the GDLs under the combined effects of the GDL structures and wettability conditions, which is essential for the development of effective PEMFC water management and the design of future GDL materials.
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Bolle, Bernard. "Etude par diffraction des rayons X de la formation d'une couche de laiton par dépôt d'une couche de cuivre et de zinc et diffusion". Metz, 1994. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1994/Bolle.Bernard.SMZ9463.pdf.
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Cette étude présente les travaux réalisés pour analyser, par diffraction des rayons X, une couche de laiton obtenue par dépôt séquentiel de cuivre et de zinc et diffusion. Nous montrons que la diffraction des rayons X est une méthode d'analyse puissante des couches minces. Nous étendons le principe et les méthodes d'analyse quantitative de phases au cas des matériaux hétérogènes. Nous mettons en évidence l'importance du caractère hétérogène dans le calcul des proportions des phases des couches minces. Nous présentons la méthode de Houska de détermination du profil de concentration par simulation d'une raie de diffraction avec un nouveau formalisme permettant de systématiser la résolution (suppression de la méthode d'essai-erreur). Les résultats obtenus ont été confirmés par d'autres méthodes d'analyse. Ils nous ont permis d'étudier avec précision la transformation de phase. L'étude spécifique de nos matériaux nous a également conduit à développer une nouvelle méthode d'évaluation des contraintes internes applicables aussi bien dans le cas des couches minces que dans le cas des échantillons massifs. L'ensemble de ces outils permet une description fidèle et précise de l'état des matériaux au cours du processus de diffusion. Ils ont été appliqués avec succès au cas des couches laitonnées. Ce travail montre qu'il est possible d'utiliser la diffraction des rayons X pour déterminer les phases présentes ainsi que l'homogénéité de composition des phases. Nous montrons aussi qu'il est possible d'utiliser la diffraction des rayons X en contrôle de fabricationIn this study are presented X ray difftaction methods for thin film analysis. Thin brass coating deposited on steel cord are obtained by a sequential deposition of copper and zinc followed by diffusion, leading to an heterogeneous brass. Quantitative analysis is extended to heterogeneous materials. We show the importance of the layer heterogeneity in the calculation of phases quantities. The Houska's method allowing to know the profile of concentration by using X ray line profile analysis is improved. We formulate a new approach of resolution giving directly the solution without the use of trial and error technics. This new formalism is applied to study the phase transformation [beta]'-[alpha]and the homogenisation of the alpha phase which occur during the diffusion in brass. Profiles of concentration determined by this method agree with those given by STIMS or GDL. A new method(ro-ryis) developed to measure residual stresses either in thin films or in bulk materials. Stresses observed in the brass layer appear when the steel is quenched after the thermodiffusion. This study showst hat XRD connected with XRF allows to know rapidly with accuracy the main diffusion parameters as concentration phases composition, stresses and their evolution during the diffusion process used in steel cord making
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BOLLE, BERNARD HEIZMANN J. J. "ETUDE PAR DIFFRACTION DES RAYONS X DE LA FORMATION D'UNE COUCHE DE LAITON PAR DEPOT D'UNE COUCHE DE CUIVRE ET DE ZINC ET DIFFUSION /". [S.l.] : [s.n.], 1994. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1994/Bolle.Bernard.SMZ9463.pdf.
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Brahmi, Lynda. "De la Structure d'une flamme de diffusion soumise à un écoulement forcé laminaire". Poitiers, 1998. http://www.theses.fr/1998POIT2270.
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Un incendie a bord d'une station spatiale est simule au moyen d'un bruleur plat soumis a un ecoulement force laminaire parallele a sa surface (u < 1 m/s). L'ordre de grandeur de l'ecoulement force est choisit de facon a etre representatif des vitesses caracteristiques des systemes de ventilation des cabines. Une description aerodynamique du probleme debute cette etude. Des experiences ont ete menees en gravite normale et en gravite reduite de facon a evaluer le role des forces de flottabilite sur la structure et la geometrie des flammes. La structure de l'ecoulement non reactif est decrite au moyen de tomographies laser pour differentes vitesses des ecoulements injectes et forces. La separation de la couche limite qui conduit a la creation d'un ecoulement tridimensionnel est mise en evidence. La variation des concentrations en oxygene et en combustible ainsi que la variation des vitesses de l'ecoulement force et parietal a un effet significatif sur la geometrie, l'intensite lumineuse et les limites d'extinction de la flamme. Les experiences ont montre que la structure de la flamme et sa geometrie resultent d'une interaction couplee entre les effets aerodynamiques et thermiques. Les resultats aboutissent a la description detaillee de differents regimes de flamme. Cette configuration particuliere a ete modelisee pour la premiere fois par emmons 1956 qui a decrit une flamme de diffusion placee au sein d'une couche limite etablie sur un combustible condense en evaporation. Bien que l'analyse exacte de cet auteur ne peut pas etre utilisee a cause d'une vitesse d'injection uniforme le long du bruleur, la methodologie proposee par emmons a cependant ete utilisee pour comparer les resultats experimentaux a la theorie. Une etude de faisabilite, menee afin de determiner la distribution de temperature au sein d'une flamme au moyen de la thermographie infrarouge, est presentee. Cette etude utilise la microgravite afin d'ameliorer la connaissance de la structure de la flamme de diffusion et specialement sa geometrie et ses limites d'extinction qui sont des parametres de grande importance dans la comprehension des incendies. La comparaison de la flamme en gravite normale et reduite contribue a la comprehension des effet de flottabilite sur les ecoulements reactifs.
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Ben, Khemis Sirine. "Couche mince de silice amorphe dopée en alumine comme barrière de diffusion dans les verres fonctionnalisés". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS578.
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Les verres fonctionnalisés par le dépôt des couches minces sont généralement soumis à des traitements thermiques (550-650°C). Lors de cette étape, des phénomènes de diffusion chimique peuvent avoir lieu entre le substrat de verre et les couches minces, ce qui peut conduire à la dégradation des performances des produits. À ce titre, des couches barrières sont souvent intégrées à l’empilement de couches afin de limiter la diffusion ionique. Dans ce cadre, ces travaux se sont consacrés à l’étude des propriétés des couches minces de silice dopées en alumine utilisées comme couche barrière de diffusion. L’enjeu de cette étude réside dans les faibles épaisseurs et la nature amorphe des films, ce qui a demandé des développements spécifiques pour leurs caractérisations. La compréhension de la structure atomique des couches de silice est un premier axe de cette thèse. La pulvérisation cathodique engendre une densification de la structure de couche qui se caractérise par une diminution des angles intertétraédriques et l’augmentation drastique de la proportion des anneaux à trois tétraèdres. La compréhension de l’effet de la pression de dépôt et du dopage en alumine de la couche de silice est le second axe de cette étude structurale. En plus de la composition du substrat de verre, les propriétés structurales des couches de silice se sont avérées des paramètres clés contrôlant la diffusion des alcalins depuis le verre vers la couche mince. La diffusion des alcalins augmente avec le dopage Al2O3 pour assurer la compensation de charges des AlO4-. L’augmentation de la pression de dépôt affecte la cinétique de diffusion des alcalins en engendrant une structure poreuse riche en protonsFunctionalized glasses with thin films are generally subjected to thermal treatments at high temperatures (550-650 °C). During this step, chemical diffusion phenomena can take place from the glass substrate towards the thin layers, which can lead to the degradation of the product’s performance. As such, barrier layers are often incorporated into the thin films stack to limit ion diffusion. Within this framework, the properties of alumina-doped silica thin films, used as a diffusion barrier layer, were investigated. The challenge of this study comes from the nanometric thicknesses and the amorphous nature of the silica films, which asked a special characterization development. The investigation of the atomic structure of the sputtered silica thin films is the first research axis of this thesis. Magnetron sputtering generates densification of the silica layer structure, which is characterized by a decrease in inter-tetrahedral angles and a drastic increase in the proportion of small three-membered rings. Understanding the impact of deposition pressure and the alumina doping into the silica layer network is the second focus of this structural study. In addition to the composition of the glass substrate, the structural properties of the silica layers are the key parameters controlling the alkali diffusion from the glass substrate towards the thin film. The Al2O3 doping of the silica film has been shown to strongly enhance the diffusion of alkali ions from the glass substrate, to ensure the charge compensation of the AlO4- tetrahedra. The increase in deposition pressure affects the kinetics of alkali diffusion by generating a porous, proton-rich, structure
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Lemaire, Michaël. "Caractérisation de structures du type couche sur substrat par ultrasons-lasers". Valenciennes, 2008. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/513b930e-e6c1-459e-8b94-2fa873deb448.
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L’utilisation croissante des structures du type couche sur substrat dans des domaines tels que l’électronique, la microélectronique ou l’optique rend indispensable le contrôle des différentes propriétés physiques de celles-ci. La caractérisation des propriétés élastiques et la détermination de l’épaisseur de la couche peuvent être réalisées de manière non destructive par ultrasons. Plus particulièrement, les sources laser permettent de générer et de détecter différentes ondes acoustiques dont l’onde de Rayleigh. La technique laser-ultrasons présente l’avantage de ne pas nécessiter de contact avec la structure à inspecter contrairement aux méthodes ultrasonores dites « classiques ». Dans des structures du type couche sur substrat, l’onde de Rayleigh est perturbée par la présence de la couche et devient dispersive. Différents modes de propagation appelés modes de Rayleigh peuvent alors être étudiés. Le but de ce travail a été de contribuer à la caractérisation de structures du type couche sur substrat. Un modèle de simulation par éléments finis a aussi été développé afin de prédire la propagation du premier mode de Rayleigh. Les résultats expérimentaux sont obtenus par deux méthodes laser complémentaires permettant des mesures sur une plage fréquentielle comprise entre 5 MHz et 200 MHz. La dispersion du premier mode de Rayleigh est analysée afin de déterminer les épaisseurs et les constantes élastiques des couches considéréesThe increasing use of surface coatings in fields such as electronic, microelectronic or optic makes the evaluation of their physical properties necessary. For the characterisation of elastic parameters and the thickness determination, the non-destructive ultrasonic testing can be used. More particularly, laser can generate and detect acoustic waves among which Rayleigh waves. The laser-ultrasound technique has the advantage of not requiring contact with the sample to inspect contrary to the conventional piezoelectric methods. In the coated structures, the Rayleigh wave is denatured by the layer and becomes dispersive. Several modes of propagation called Rayleigh modes can be studies. The purpose of this work was to help characterize these structures. A finite element method has been developed too in order to predict the propagation of the first Rayleigh mode. Results obtained by two complementary methods allowing a non-contact measurement in a large bandwidth (frm 5 MHz to 200 MHz) are presented, and the dispersion of the Rayleigh wave propagation velocity is analyzed to determine the thickness and elastic parameters of the considerated layers
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Nouri, Salah. "Contribution à l'étude de la conductivité électrique membranaire et des couches de diffusion par chronopotentiométrie". Paris 12, 2004. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990003948100204611&vid=upec.
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Lors de cette étude, nous avons remis en état la cellule de GUILLOU et établie un protocole de mesure de la conductivité électrique membranaire en courant continu. Les chronopotentiogrammes obtenus présentent deux zones distinctes: Un saut de potentiel permettant de déterminer la résistance purement ohmique du système. Il a été montré que la résistivité en courant continu est plus faible que celle en courant alternatif. Une variation plus lente, témoigne de la formation progressive des couches limites de diffusion (CLD). Les temps propres de formation et de disparition de ces couches ont été déterminés en supposant que l'ensemble membrane-solutions est équivalent à un modèle électrique constitué d'une capacité en parallèle avec une résistance. La modélisation des chronopotentiogrammes par un logiciel développé sous VBA en tenant compte des équations de KEDEM KATCHALSKY, permet d'estimer l'épaisseur des CLD en fonction du courant injecté sans avoir à atteindre le courant limiteFor this study, we gave in state the GUILLOtJ's cdl and establish a membrane electric conductivity measurement protocol in DC current. The chronopotentiograms obtained present two distinct zones: A potential jump allowing to determine the purely ohmic resistance of the system. It was shown that the resistivity in DC current is lower than that in AC current. A slower variation testifies to the progressive formation of the diffusion boundary layers (DBL). The estimation of the DBL formation and disappearance times is donc by supposing that the membrane-solution system is equivalent to an electric model constituted by a capacity in parallel with a resistance. Modelling the chronopotentiograms with software developed under VBA by taking into account the KEDEM KATCHALSKY equations makes possible the estimation of the DBL thickness according to the current injected without having to reach the limiting current
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Gallat, Francois-xavier. "Dynamique des protéines et de la couche d'hydratation étudiée par diffusion de neutrons et méthodes biophysiques complémentaires". Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00758647.
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Ce travail de cette thèse porte sur la dynamique des protéines, accompagnées de leur eau d'hydratation, une couche de solvant autour des protéines vitale pour leur fonction biologique. Chacune de ces deux composantes s'accompagne d'une dynamique qui lui est propre et dont la réunion reforme le paysage énergétique du système biologiquement actif. La mise en application conjointe de la deutération sélective, de la diffusion incohérente de neutrons ainsi que la spectroscopie terahertz a permis d'explorer de manière indépendante la dynamique des protéines et de celles des couches d'hydratation. L'influence de l'état de repliement de la protéine sur sa dynamique a été étudié par diffusion élastique de neutrons. Les protéines globulaires se sont montrées moins dynamiques que ses analogues intrinsèquement désordonnées. Eux même semblent être plus rigides que les protéines dépliées non physiologiques. L'état d'oligomérisation et les conséquences sur la dynamique de ces protéines ont été développés. Les agrégats d'une protéine globulaire se sont avérés être plus flexibles que la forme soluble. A l'inverse, les agrégats d'une protéine désordonnée voient leur dynamique moyenne baisser par rapport à la forme soluble. Ces observations témoignent de la grande diversité de dynamiques à travers le protéome. Les expériences de diffusion incohérente de neutrons sur les couches d'hydratation des protéines globulaires et désordonnées ont permis d'obtenir des informations sur la nature des mouvements de l'eau autour des protéines. Les mesures ont mis en évidence la présence de mouvements translationnels concomitants à l'apparition de la transition dynamique dans les couches d'hydratations, vers 220 K. Les mesures ont de même montré un couplage plus fort entre une protéine désordonnée et son eau d'hydratation que celui entre une protéine globulaire et son eau d'hydratation. La nature de la couche d'hydratation et son influence sur sa dynamique ont été explorés, avec l'utilisation de polymères qui miment le comportement de l'eau et agissent comme source de flexibilité pour la protéine. Pour terminer, la dynamique des groupements méthyles, impliqués dans les modifications dynamiques observées à 150 et 220 K, a été étudiée.
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Gallat, Francois-Xavier. "Dynamique des protéines et de la couche d'hydratation étudiée par diffusion de neutrons et méthodes biophysiques complémentaires". Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENY061/document.
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Ce travail de cette thèse porte sur la dynamique des protéines, accompagnées de leur eau d'hydratation, une couche de solvant autour des protéines vitale pour leur fonction biologique. Chacune de ces deux composantes s'accompagne d'une dynamique qui lui est propre et dont la réunion reforme le paysage énergétique du système biologiquement actif. La mise en application conjointe de la deutération sélective, de la diffusion incohérente de neutrons ainsi que la spectroscopie terahertz a permis d'explorer de manière indépendante la dynamique des protéines et de celles des couches d'hydratation. L'influence de l'état de repliement de la protéine sur sa dynamique a été étudié par diffusion élastique de neutrons. Les protéines globulaires se sont montrées moins dynamiques que ses analogues intrinsèquement désordonnées. Eux même semblent être plus rigides que les protéines dépliées non physiologiques. L'état d'oligomérisation et les conséquences sur la dynamique de ces protéines ont été développés. Les agrégats d'une protéine globulaire se sont avérés être plus flexibles que la forme soluble. A l'inverse, les agrégats d'une protéine désordonnée voient leur dynamique moyenne baisser par rapport à la forme soluble. Ces observations témoignent de la grande diversité de dynamiques à travers le protéome. Les expériences de diffusion incohérente de neutrons sur les couches d'hydratation des protéines globulaires et désordonnées ont permis d'obtenir des informations sur la nature des mouvements de l'eau autour des protéines. Les mesures ont mis en évidence la présence de mouvements translationnels concomitants à l'apparition de la transition dynamique dans les couches d'hydratations, vers 220 K. Les mesures ont de même montré un couplage plus fort entre une protéine désordonnée et son eau d'hydratation que celui entre une protéine globulaire et son eau d'hydratation. La nature de la couche d'hydratation et son influence sur sa dynamique ont été explorés, avec l'utilisation de polymères qui miment le comportement de l'eau et agissent comme source de flexibilité pour la protéine. Pour terminer, la dynamique des groupements méthyles, impliqués dans les modifications dynamiques observées à 150 et 220 K, a été étudiéeThis thesis work focused on the dynamics of proteins, surrounded by their hydration layer, a water shell around the protein vital for its biological function. Each of these components is accompanied by a specific dynamics which union reforms the complex energy landscape of the system. The joint implementation of selective deuteration, incoherent neutron scattering and terahertz spectroscopy allowed to explore the dynamics of proteins and that of the hydration shell. The influence of the folding state of protein on its dynamics has been studied by elastic neutron scattering. Globular proteins were less dynamic than its intrinsically disordered analogues. Themselves appear to be stiffer than non physiological unfolded proteins. The oligomerization state and the consequences on the dynamics were investigated. Aggregates of a globular protein proved to be more flexible than the soluble form. In contrast, aggregates of a disordered protein showed lower average dynamics compared to the soluble form. These observations demonstrate the wide range of dynamics among the proteome. Incoherent neutron scattering experiences on the hydration layer of globular and disordered proteins have yielded information on the nature of water motion around these proteins. The measurements revealed the presence of translational motions concomitant with the onset of the transition dynamics of hydration layers, at 220 K. Measurements have also shown a stronger coupling between a disordered protein and its hydration water, compared to a globular protein and its hydration shell. The nature of the hydration layer and its influence on its dynamics has been explored with the use of polymers that mimic the water behavior and that act as a source of flexibility for the protein. Eventually, the dynamics of methyl groups involved in the dynamical changes observed at 150 and 220 K, was investigated
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Liu, Yu. "Simulation study on PEM fuel cell gas diffusion layers using X-ray tomography based Lattice Boltzmann method". Thesis, Loughborough University, 2011. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/9254.
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The Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell has a great potential in leading the future energy generation due to its advantages of zero emissions, higher power density and efficiency. For a PEM fuel cell, the Membrane-Electrode Assembly (MEA) is the key component which consists of a membrane, two catalyst layers and two gas diffusion layers (GDL). The success of optimum PEM fuel cell power output relies on the mass transport to the electrode especially on the cathode side. The carbon based GDL is one of the most important components in the fuel cell since it has one of the basic roles of providing path ways for reactant gases transport to the catalyst layer as well as excess water removal. A detailed understanding and visualization of the GDL from micro-scale level is limited by traditional numerical tool such as CFD and experimental methods due to the complex geometry of the porous GDL structural. In order to take the actual geometry information of the porous GDL into consideration, the x-ray tomography technique is employed which is able to reconstructed the actual structure of the carbon paper or carbon cloth GDLs to three-dimensional digital binary image which can be read directly by the LB model to carry out the simulation. This research work contributes to develop the combined methodology of x-ray tomography based the three-dimensional single phase Lattice Boltzmann (LB) simulation. This newly developed methodology demonstrates its capacity of simulating the flow characteristics and transport phenomena in the porous media by dealing with collision of the particles at pore-scale. The results reveal the heterogeneous nature of the GDL structures which influence the transportation of the reactants in terms of physical parameters of the GDLs such as porosity, permeability and tortuosity. The compression effects on the carbon cloth GDLs have been investigated. The results show that the c applied compression pressure on the GDLs will have negative effects on average pore size, porosity as well as through-plane permeability. A compression pressure range is suggested by the results which gives optimum in-plane permeability to through-plane permeability. The compression effects on one-dimensional water and oxygen partial pressures in the main flow direction have been studied at low, medium and high current densities. It s been observed that the water and oxygen pressure drop across the GDL increase with increasing the compression pressure. Key Words: PEM fuel cell, GDL, LB simulation, SPSC, SPMC, x-ray tomography, carbon paper, carbon cloth, porosity, permeability, degree of anisotropy, tortuosity, flow transport.
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Simonot, Lionel. "Etude expérimentale et modélisation de la diffusion de la lumière dans une couche de peinture colorée et translucide". Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002238.
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Les glacis sont des couches picturales translucides volontairement colorées utilisées dès le XVe siècle par les Primitifs Flamands. Constituée de pigments dispersés dans un liant à base d'huile de lin cuite, une couche de glacis donne à un tableau un caractère saisissant car la couleur se construit à l'intérieur du volume constitué par la couche. Pour comprendre cet effet visuel particulier et le décrire quantitativement, nous étudions la répartition angulaire et spectrale de la lumière diffusée par des glacis : expérimentalement, par des mesures goniospectrophotométriques en rétrodiffusion et bidirectionnelles sur des échantillons réalisés par un peintre contemporain ; en proposant une modélisation de la diffusion multiple incohérente de la lumière au sein de la matière ; ceci amène à résoudre l'équation de transfert radiatif (ETR) et à déterminer les propriétés physiques du glacis. Une nouvelle méthode de résolution de l'ETR, la méthode de la fonction auxiliaire, permet d'exprimer les flux lumineux diffusés en fonction des angles d'incidence et d'observation. Contrairement à la première et seule modélisation appliquée aux œuvres d'art existant et datant de 1931, nous obtenons une modélisation bidirectionnelle validée par comparaison avec les résultats expérimentaux. Dans le cas particulier des vernis, couches non diffusantes, une expression analytique du facteur de réflectance est obtenue. Les flux lumineux mesurés et simulés permettent de chiffrer l'apparence visuelle des glacis. Il est alors possible de quantifier la modulation de leur couleur en fonction du nombre de couches superposées ou bien le brillant favorisé par la surface externe lisse des fines couches de glacis. Des applications sont alors envisageables pour la conservation et la restauration des œuvres d'art comme, par exemple, la prédiction de l'aspect visuel d'une restauration.
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Simionovici, Alexandre. "Contributions à l'étude de la diffusion inélastique résonnante des photons sur électrons liés : application à la couche L". Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112011.
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Étude de l'effet Raman-Compton sur des e de la couche L du zirconium, pour des cibles de différentes épaisseurs. Observation de la divergence IR de l'effet Compton et de la résonance Raman-Compton. Les calculs théoriques de Gavrila ont été utilisés pour déduire les sections efficaces absolues de diffusion inélastique
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Simionovici, Alexandre. "Contributions à l'étude de la diffusion inélastique résonnante des photons sur électrons liés application à la couche L /". Grenoble 2 : ANRT, 1988. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37618551s.
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Pizzo, Yannick. "Caractérisation de la flamme de diffusion établie le long d'un combustible solide en convection naturelle par le nombre de transfert de masse". Aix-Marseille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX11042.
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Dans le domaine de la sécurité incendie, le taux de pyrolyse d’un matériau combustible soumis à un feu est un paramètre essentiel dans l’évaluation de la puissance du feu et de ses conséquences sur l’environnement. La présente étude est consacrée à la détermination expérimentale, analytique et numérique du taux de pyrolyse à l’état stationnaire le long d’une plaque plane de PMMA en position verticale et soumise au feu. Un dispositif expérimental original a été développé, ainsi qu’une technique de mesure basée sur la détermination instantanée de la surface de régression du combustible. Une analyse théorique basée sur les hypothèses de couche limite laminaire réactive et un modèle numérique bidimensionnel reposant sur la résolution des équations complètes de Navier-Stokes sont utilisés. L’étude des débits massiques surfaciques de combustible permet de mettre en évidence des effets tridimensionnels qui se manifestent pour de faibles largeurs de plaque. Dans la partie laminaire de l’écoulement, proche du bord d’attaque, les résultats expérimentaux et numériques présentent une décroissance du taux de pyrolyse en bon accord avec ce que prévoit la théorie de la couche limite laminaire réactive. Les écarts observés sur les lois d’échelle s’expliquent par le fait que la théorie ne prend en compte les pertes radiatives et conductives à l’interface combustible / gaz. Les hypothèses de validité de la théorie de la couche limite réactive sont ensuite discutées. On montre qu’en écoulement libre le taux de pyrolyse est inversement proportionnel au gradient de vitesse pariétal. Un modèle de pyrolyse basé sur le nombre de transfert de masse est proposé dans la phase transitoire, en s’affranchissant du calcul de la phase gazeuseThe rate of pyrolysis of a fire-exposed solid fuel is a key parameter to evaluate the intensity of fire and its effects on surroundings. The present study is experimental, theoretical and numerical. It focuses on the determination of the steady-state pyrolysis rate of a vertical slab of PMMA. An original experimental set-up is thus developed along with a specific procedure in order to locate the regressing surface of the solid material. A theoretical approach which is based on the reactive laminar boundary layer theory (LBL) assumptions and a numerical two-dimensional CFD model are used. Experimental results show that a three-dimensional behavior appears for small slab widths. In the laminar part of the flow, near to the leading edge, experimental and numerical results reveal a decreasing power-law of the pyrolysis rate, in agreement with the LBL theory. Radiative and convective effects that are not taken into account by the theory are responsible for discrepancies on scaling laws. The assumptions of the LBL theory are discussed. It is found that for free flows the pyrolysis rate is inversely proportional to the normal gradient of the gas velocity at the fuel surface. A transient pyrolysis model based on the mass transfer number is proposed, avoiding the calculation of the thermal and flow fields of the gas phase
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Rouvreau, Sébastien. "Etude numérique d'une flamme de diffusion de gaz en microgravité sur une plaque plane soumise à un écoulement d'air parallèle à sa surface". Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2257.
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L'étude numérique d'une flamme laminaire de diffusion de gaz sur une plaque plane soumise à un écoulement d'air parallèle à sa surface est développée. La configuration choisie est celle d'un écoulement d'air à vitesse représentative des systèmes de ventilation des stations spatiales, dans un environnement en microgravité. Les écoulements sont calculés en simulation numérique directe et un modèle de fraction de mélange est utilisé pour la simulation de la réaction de combustion. Deux régimes distincts ont été identifiés en fonction de la vitesse d'injection du combustible : le régime de type couche limite et le régime de type décollé. Une étude détaillée de l'influence de l'injection seule et du dégagement de chaleur du à la flamme sur l'écoulement est présentée. Une explication sur l'origine des survitesses observées en premier lieu par Hirano est alors donnée ainsi que les limites d'utilisation du modèle d'Emmons pour ce genre de problèmeA numerical study of a laminar gas diffusion flame on a flat plate in a flow of air parallel to its surface is performed. The configuration is that of a low velocity flow of air, characteristic of ventilation systems in space stations, in a microgravity environment. Flows are calculated in Direct Numerical Simulation (DNS) and a mixture fraction model is used to simulate the combustion reaction. Two different regimes have been identified during this study: a boundary layer regime and a separated flow regime. A detailed study of the influence of both injection and heat release on the main stream flow is presented for flows representative of each regime. An explanation for the velocity overshoot first observed by Hirano is then given as well as a domain of validity for Emmons model for such flows
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Borivent, Delphine. "Autostructuration par interdiffusion réactive de la phase Ni3Si3 en volume et couche mince". Aix-Marseille 3, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX30017.
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Ce mémoire présente une étude de l’interdiffusion réactive dans le système nickel-silicium, qui met l’accent sur l’autostructuration de la phase Ni3Si2 en volume et en couche mince. Etant donné que les siliciures de Ni semblent être actuellement les plus prometteurs pour les applications en microélectronique pour réaliser les contacts et les interconnexions, il est en effet important de comprendre l’origine des morphologies de croissance, surtout lorsque celle-ci ne se fait pas en couche. La croissance en forme d’aiguilles de la phase Ni3Si2 dans des échantillons massifs a été caractérisée principalement par microscopie optique et microtomographie de rayons X. Nous avons démontré qu’elle est contrôlée par la diffusion du nickel dans la phase Ni3Si2 et que la morphologie des aiguilles est due à une anisotropie de la diffusion, beaucoup plus rapide suivant la direction c. L’autostructuration en anneaux concentriques de la phase Ni3Si2 en couche mince a été analysée par un couplage de techniques expérimentales. Par diffraction de rayons X in situ, en temps réel, nous avons pu mettre en évidence la formation séquentielle de plusieurs siliciures de nickel (Ni31Si12, Ni2Si, NiSi) ainsi que le scénario particulier que suit Ni3Si2. L’identification des phases par microdiffraction, diffraction X et microscopie électronique à balayage nous a amené à considérer un mécanisme de croissance de type puits-source pour Ni3Si2 dans nos expériences. Dans cette approche, la croissance des microstructures en anneaux est limitée par l’alimentation en silicium par la diffusion. Lorsque cette alimentation est insuffisante, la croissance monotone des motifs circulaires de la phase Ni3Si2, notamment caractérisés par microscopie optique, devient instable par rapport à une perturbation de vitesse. Ceci engendre une oscillation de la vitesse de propagation du front d’interdiffusion réactive, et la formation d’anneauxThis thesis presents a study of the reactive interdiffusion in the system nickel-silicon, which stresses the self-organization of the Ni3Si2 phase in volume and thin layer. Since the Ni silicides seem to be currently most promising for the applications in micro-electronics to carry out the contacts and the interconnections, it is indeed important to understand the origin of growth morphologies, especially when this one is not done in layer. The needle like growth of the Ni3Si2 phase in massive samples was mainly characterized by optical microscopy and X-ray microtomography. We showed that it is controlled by the diffusion of nickel in the Ni3Si2 phase and that the morphology of the needles is due to significant diffusion anisotropy, much faster according to the c direction. The concentric ring like self-organization of the Ni3Si2 phase in thin layer was analyzed by a coupling of experimental techniques. By X-ray diffraction in situ, in real-time, we could highlight the sequential formation of several nickel silicides (Ni31Si12, Ni2Si, NiSi) as well as the particular scenario which Ni3Si2 follows. The identification of the phases by microdiffraction, X-ray diffraction and scanning electron microscopy led us to consider a mechanism of the well-source type growth for Ni3Si2 in our experiments. In this approach, the growth of the rings like microstructures is limited by the silicon supply by diffusion. When this supply is insufficient, the monotonous growth of the circular shapes for the Ni3Si2 phase, in particular characterized by optical microscopy, becomes unstable against small growth perturbation. This generates an oscillation of the propagation velocity of the reactive interdiffusion front, and the formation of rings
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Rolon, Juan Carlos. "Etude théorique et expérimentale de la flamme de diffusion à contre-courant". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1988. http://www.theses.fr/1988ECAP0102.
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Caractérisation de la flamme de diffusion à contre-courant par techniques de diagnostic laser : vélocimétrie laser Doppler et déviation d'un faisceau laser diode laser. Présentation de deux modèles théoriques de combustion en chimie simple dans l'approximation de la couche monodimensionnelle
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Peverini, Luca. "Etude des procédés de croissance de couche et de décapage ionique par mesures de diffusion spéculaire et diffuse de rayons". Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://www.theses.fr/2005GRE10022.
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Une nouvelle technique basée sur la diffusion des rayons X et un montage adapté ont été conçus et implémentés sur la ligne de lumière BM5 de l'ESRF. L'instrument permet l'étude in-situ et en temps réel de la rugosité d'une surface par diffusion en incidence rasante. L'interaction des rayons X avec la surface, analysée dans le cadre de la théorie des perturbations scalaire du premier ordre, permet d'exprimer les paramètres caractérisant une surface par sa densité spectrale de puissance. En final les valeurs de rugosité, de longueur de corrélation, de conformité de la rugosité, et les exposants propres aux processus de synthèse ont été obtenus. Les potentiels d'un tel instrument ont été vérifiés dans deux cas particuliers : le dépôt de couches minces par pulvérisation magnétron et le décapage par bombardement ionique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été discutés par rapport aux modèles actuels décrivan la croissance des films minces et l'interaction des ions avec un solideA novel X-ray scattering technique and a dedicated apparatus have been conceived and realized at the optics beamline BM5 at the ESRF. The apparatus permits to study the surface roughness in-situ and in-real time via grazing incidence X-ray scattering. The interaction of X-rays with the surface was analyzed in the framework of the first order scalar perturbation theory expressing the surface's attributes through the power spectral density function. Information on the rms roughness, the correlation length, the roughness conformi and the scaling exponents characterizing the synthesis process could be extracted. The potential of the method was demonstrated for two particular cases : thin film deposition by magnetron sputtering and surface etching by ion beam bombardment. Finally, the obtained experimental results were discussed in the light of the present models of film growth an ion interaction with solids
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Bennaceur, Iannis. "Etude numérique de la diffusion d'une onde acoustique par une couche de cisaillement turbulente à l'aide d'une simulation aux grandes échelles". Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0187/document.
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Lors des mesures acoustiques dans les souffleries à veine ouverte, les ondes acoustiques émises par une maquette ou une source située dans la veine se propagent dans la couche de cisaillement turbulente qui se forme aux abords du jet avant d’être reçues par les microphones localisés en dehors. L’onde acoustique interagit avec le champ de vitesse turbulent de la couche de mélange ce qui a pour effet de modifier son contenu spectral, de redistribuer spatialement son énergie et de moduler sa phase et son amplitude, on parle alors de diffusion acoustique. Cette thèse a consisté à l’étude de la diffusion d’une onde acoustique par une couche de cisaillement turbulente à l’aide d’une simulation numérique aux grandes échelles. Pour cela, il a d’abord été nécessaire de réaliser la simulation numérique aux grandes échelles d’une couche de cisaillement turbulente plane dans son régime auto-similaire. Dans un second temps, nous avons simulé l’interaction entre une onde acoustique et l’écoulement turbulent afin d’étudier les caractéristiques du champ de pression diffusé qui en résulte. Nous avons notamment vérifié que la simulation était capable de prédire précisément les fréquences sur lesquelles est répartie la plupart de l’énergie acoustique ainsi que la forme du spectre de pression diffusé. Finalement, le champ de vitesse du milieu turbulent qui est corrélé avec l’enveloppe du champ de pression diffusé a été reconstruit à l’aide de la méthode de l’estimation stochastique linéaire. Cette méthode nous a notamment permis de visualiser les larges structures turbulentes qui interviennent principalement dans le mécanisme de diffusion acoustiqueDuring open jet wind tunnel measurements, the acoustic waves emitted by a device or an acoustic source located inside the flow propagate inside the turbulent shear layer that develops at the periphery of the jet before being received by microphones located outside the flow. The acoustic wave interacts with the turbulent velocity field leading to a change of directivity, a phase and amplitude modulation as well as a spectral re-distribution of the acoustic energy over a band of frequencies. This phenomenon is known as acoustic scattering. This work has consisted in the study of the scattering of an acoustic wave by a turbulent shear layer using large-eddy simulation. The first step of the study has consisted in the large-eddy simulation of a turbulent shear layer in its self-similar state. In a second second step, the direct computation of the interaction between the acoustic wave and the turbulent flow has been performed in order to study the characteristics of the resulting scattered pressure field. It has been shown that the numerical simulation is able to accurately predict the frequencies on which the main part of the scattered energy is redistributed, as well as the shape of the scattered pressure spectrum. Finally, the turbulent velocity field which is correlated with the envelope of the scattered pressure field is reconstructed using the linear stochastic estimation method. This method has enabled the visualization of the large turbulent structures that mainly take part in the acoustic scattering mechanism
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EMERY, VALERIE. "Ondes s diffractees a la base du manteau terrestre : modelisation de la diffusion par la structure heterogene de la couche d". Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112365.
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La base du manteau terrestre sur 200 ou 300 kilometres, aussi appelee couche d, est une region extremement complexe et heterogene ou se deroulent les processus de transfert entre le noyau et le manteau. Les ondes s diffractees se propagent sur de longues distances et sont tres sensibles a la structure de vitesse de cette region. De fortes variations d'amplitudes et des formes d'onde sont observables sur des reseaux de stations sismiques large-bande. Est-il possible de relier ces caracteristiques a la presence d'heterogeneites laterales dans d? la combinaison de la diffraction due au noyau et de la diffusion due a des heterogeneites de volume de petite taille (entre 10 et 100 km) est difficile a mettre en uvre. Nous avons choisi de decrire la propagation des ondes s#d#i#f#f en utilisant l'approximation langer et de nous limiter au cas de la diffusion simple (approximation de born). Plusieurs geometries ont ete etudiees : heterogeneites isolees, cylindre, nappes et milieu aleatoire. Les amplitudes obtenues pour les ondes diffusees sont faibles et seules des perturbations de vitesse de l'ordre de dix pour cent sur des volumes de 240 km par 240 km par 300 km ont des effets visibles sur les sismogrammes. Par consequent, la detection de panaches mantelliques d'origine uniquement thermique est exclue. La sensibilite radiale differente des deux polarisations des ondes s#d#i#f#f est illustree pour des modeles lateralement homogenes et heterogenes. Les caracteristiques des deux polarisations (temps d'arrivees, amplitudes, formes d'onde) contiennent de nombreuses informations sur la structure de d et sont dues a une combinaison d'effets (gradient de vitesse, anisotropie, heterogeneites laterales). La separation de ces effets s'avere delicate. Ces ondes relativement longues periodes moyennent les perturbations rencontrees et leur resolution laterale est faible. Elles sont peu affectees par des petites heterogeneites caracterisees par des contrastes de vitesse de plus ou moins dix pour cent et reparties aleatoirement dans la couche d contrairement aux ondes pkikp. Les caracteristiques anormales observees pour les ondes s#d#i#f#f pourraient etre liees a de plus grandes heterogeneites de volume, des zones etalees au niveau de la cmb avec des vitesses tres faibles ou de l'anisotropie.
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Poret, Fabian. "Etude du mécanisme de diffusion d'impuretés dans un colamine de nickel (NiW/CiCr) influence sur l'adhérence d'une couche d'oxydes alcalino-terreux". Dijon, 2000. http://www.theses.fr/2000DIJOS018.
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Ce travail est une contribution à la caractérisation de l'interface métal - triples oxydes d'une cathode a oxydes. La ségrégation superficielle du magnésium et de l'aluminium a été étudiée en comparant deux bandes colaminees d'alliages de nickel ultra-pur. Grace à la mise en œuvre de techniques d'analyses complémentaires : microscopie électronique à balayage (MEB), spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS), spectroscopie d'électrons auger (AES), microscopie électronique a transmission (TEM), et spectroscopie de décharge luminescente (SDL), un mécanisme de diffusion a été détermine. Sous l'effet d'un traitement thermique, en présence d'une faible pression partielle d'oxygène, le transport du magnésium et de l'aluminium vers la surface conduit à la formation de microprécipités d'oxydes de MgO périclase, MgAl2O4 spinelle et gamma-Al2O3. Ces derniers cristallisent principalement dans les joints de grains. Leur densité de répartition est fonction du mécanisme de recristallisation du nickel. Leur stabilité thermique sous vide varie en fonction de l'origine du métal de base. Les plus stables d'entre-deux joueraient un rôle déterminant vis à vis de l'adhérence du revêtement émissif.
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Ndong, Mintsa Enguerran. "Interactions effectives de courte portée dans les dispersions colloïdales : rôle des spécificités du potentiel sur le ralentissement de la dynamique". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066051/document.
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Des simulations de dynamique moléculaire sont utilisées pour étudier le rôle sur le ralentissement de la dynamique dans certaines dispersions colloïdales des caractéristiques des potentiels d’interaction à courte portée entre solutés. La variation avec les paramètres physiques du coefficient de diffusion utilisé comme indicateur du ralentissement de la dynamique est comparée avec celle du temps de vie des paires afin de tester l’interprétation généralement avancée de la gélification par la formation de liaisons à longue durée de vie entre les colloïdes. Deux modèles simples ont d’abord été considérés : un potentiel standard constitué d’une répulsion et d’une attraction à courte portée et un potentiel avec une barrière répulsive après le premier puits. Pour les modèles standard, sans barrière, un comportement universel de la dynamique, déterminé par le second coefficient du viriel a été montré. Ceci est observé aussi bien sur la diffusivité que sur la durée de vie des paires de particules, à condition qu’une définition commune de la distance de liaison soit prise lors de la comparaison des différents potentiels. En présence de barrière, la diffusivité dépend également d’autres caractéristiques de l’interaction comme le rapport des amplitudes du puits et de la barrière. L’effet de celle-ci renforce à la fois le piégeage dans le puits et l’effet stérique à une distance supérieure au diamètre du coeur. En doublant sa hauteur, la durée de vie augmente presque par un ordre de grandeur. Dans tous les cas, la durée de vie des liaisons dépend peu de la densité, contrairement au coefficient de diffusion. Ce comportement différent du temps de vie des liaisons et de la diffusivité montre les limites d’une interprétation littérale du ralentissement de la dynamique à faible ou moyenne densité, en terme de liaison de paires à longue durée de vie entre les particules. Les prédictions tirées de ces potentiels génériques ont ensuite été testées sur des potentiels effectifs calculés à partir des équations intégrales pour des mélanges binaires dissymétriques. La complexité du comportement dynamique résultant du caractère oscillatoire du potentiel est alors illustrée notamment par le comportement du nombre de paires en fonction de l’intervalle de "liaison" considéré. Le rôle au niveau de la dynamique d’interactions résiduelles a ensuite été étudié à partir du potentiel de Yukawa attractif, souvent utilisé pour modéliser une force attractive de courte portée résultant des recouvrements des couches superficielles des solutés, et du potentiel de Yukawa répulsif, pouvant correspondre à des interactions coulombiennes à très courte longueur d’écran. Nous avons alors montré l’impact important de ces interactions sur les lignes de transitions de non-ergodicité. L’analyse des situations où le ralentissement de la dynamique concerne les deux composants du mélange, avec les développements méthodologiques requis, est finalement soulignée comme une voie possible de poursuite de ce travailMolecular dynamics simulations are used to investigate the role on the slowing down of the dynamics in certain colloidal dispersions of some characteristics of the short-range interaction potentials between the solutes. The variation with the physical parameters of the diffusion coefficient used as an indicator of the slowing down of the dynamics is compared with that of the bond lifetime of particle pairs in order to test the usual interpretation of gelation by par the formation of long-lived bonds between the colloidal particles. Two simple models were first considered: a standard potential with a repulsive part and a short-range attraction, and a model with a repulsive barrier after the well. For standard models, without barrier, a universal behaviour of the dynamics, governed by the second virial coefficient has been shown. This has been observed both for the diffusivity and the bond lifetime of particle pairs, provided that a common definition of the bonding length is used when comparing different potentials. In the presence of barriers, the diffusivity depends also on other characteristics of the interaction, such as the ratio of the well and barrier amplitudes. The effect of the barrier reinforces both the bonding in the well and the steric effect at a separation larger than the core diameter. Doubling its height increases the lifetime almost by an order of magnitude. In all cases the bond lifetime depends weakly on density in contrast with the diffusion coefficient. This different behaviours of diffusivity and bond lifetime shows the limits of a literal interpretation of the slowing down of the dynamics by the formation of long-lived bonds between particle pairs. The predictions relative to these generic potentials were next tested on the effective potentials computed from the integral equations for asymmetric binary mixtures. The complexity of the dynamics arising from the oscillatory nature of the potential is then illustrated by the behaviour of the number of pairs, depending on the bonding range being considered. The influence on the dynamics of residual interactions was next investigated from the attractive Yukawa potential, often used to model an attractive interaction arising from the overlap of the surface layers of the solutes potential and the repulsive Yukawa one, possibly modelling Coulomb interactions with very short screening length. We so showed the importance of such residual interactions on the non-ergodicity transition lines. The analysis of the situations in which the slowing down of the dynamics involves both components of the mixture, with the required methodological developments, is finally pointed out as a possible continuation of this work
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Lin, Xiaofeng. "Toward nanofiltration membranes with layer-by-layer assembled and nano-reinforced separation layers". Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE012/document.
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Ce travail de thèse a été consacré à l'élaboration d'un nouveau type de membranes de nanofiltration efficaces avec des propriétés améliorées (flux élevé et rétention élevée, et de bonnes propriétés mécaniques) en déposant un revêtement assemblé couche-par-couche (LbL) sur des supports poreux. Après avoir systématiquement étudié le mécanisme de croissance des films assemblés couche par couche des polyélectrolytes choisis et la relation entre les structures de ces films et les performances des membranes résultant, nous avons identifié avec succès les meilleures structures multicouches pour la construction de membranes de nanofiltration de référence avec des performances optimales. En outre, en prenant avantage de la technique LbL, nous avons introduit une couche de diffusion latérale assemblée soit de nanofibrilles de cellulose ou de nanotubes de carbone, qui permet d’augmenter le flux de 30% tout en conservant la même rétention par rapport à la membrane de référence. En plus, les films assemblés à base de chitosan et nanofibrils de cellulose ont montré une forte résistance à la traction allant jusqu’à 450 MPa et un module d’Young jusqu’à 50 GPaThis thesis work was devoted to the development of a novel and efficient nanofiltration membrane with improved properties (high flux and high retention, good mechanical strength) by coating Layer-by-Layer (LbL) assembled films onto porous membrane support. After having systematically studied the growth mechanism of LbL-assembled films of chosen polyelectrolytes and the relationship between the structures of these films and the membrane performance of the resulting NF membranes, we successfully identified the best multilayer structures for constructing nanofiltration membranes (NF) of reference with optimal membrane performance. Furthermore, taking advantages of the LbL-assembly, we successfully introduced LbL-assembled lateral diffusion layer that is made of either cellulose nanofibrils or carbon nanotubes, which in turn led to membranes with 30% higher flux. In addition, the LbL-assembled films of chitosan and cellulose nanofibrils showed surprisingly strong tensile strength of up to 450 MPa and a high Young modulus of up to 50 GPa
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Piettre, Kilian. "Procédé de dépôt de couche barrière-d'adhésion et de cuivre dans des structures 3D pour application microélectronique". Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/3498/.
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De par sa forte conductivité électrique et bonne résistance à l'électromigration le cuivre est le matériau le plus utilisé en microélectronique pour la préparation de lignes conductrices. Différentes méthodes physiques (pulvérisation cathodique, évaporation sous vide) ou chimiques (électrolytique, electroless) sont utilisées pour former des interconnexions en cuivre dans les composants électroniques. De nouvelles contraintes de procédé sont récemment apparues avec le développement de l'empilement des composants sur plusieurs niveaux dans les circuits intégrés et la nécessité de déposer des couches conductrices dans des puits, des vias profonds, des tranchées. La chimie en phase liquide apparaît comme une approche technologique permettant de simplifier les procédés de dépôt de cuivre en microélectronique tout en atteignant des caractéristiques requises par les nouvelles contraintes (dépôts conformes dans les structures profondes 3D). La maîtrise des techniques de chimie moléculaire pour la synthèse de nouveaux précurseurs mais aussi les procédés de décomposition en milieu liquide pour la formation, soit de films métalliques, soit de nanoparticules, nous a permis d'étudier deux nouvelles voies de dépôt qui seront présentées dans ce manuscrit. Dans un premier temps, nous avons mené une étude approfondie sur un procédé de dépôt sur des substrats de SiO2/Si faisant appel à la décomposition d'un précurseur organométallique de cuivre solubilisé dans un précurseur de silice. Nous avons étudié le rôle d'un ajout contrôlé d'eau dans le milieu réactionnel sur la formation du film de cuivre. Nous présentons ensuite la synthèse de solutions colloïdales de nanoparticules de cuivre en présence de ligands organiques, et l'étude de leur stabilité vis à vis de l'exposition à l'air. Elles sont ensuite déposées par différentes méthodes sur des substrats fonctionnalisés par des dendrimères. Dans le dernier chapitre, nous présentons une méthode innovante de dépôt d'une couche barrière de diffusion puis d'un film de cuivre adhérent et conforme, le tout obtenu par la voie liquide organométalliqueCopper is the most used material in microelectronic for preparation of conductive lines due to its good electric conductivity and resistance to electromigration. Several methods, physical (such as sputtering, thermal evaporation) and chemical (electrolytic, electroless deposition), are employed to form interconnections in microelectronic processes. New process requirements have recently appeared with the development of stacked conductive layers and the deposition of copper layers into silicon 3D structures. The chemical liquid route appeared to be a technological approach that could give the opportunity to simplify the copper deposition processes in microelectronic field and, at the same time, could possibly respond to technological requirements. (i. E. Conformal deposition in 3D structures). Mastering the techniques of molecular chemistry for the synthesis of novel precursors, and the decomposition process via a liquid route for the formation of either metallic layers or nanoparticles, has allowed us to explore two deposition strategies that are presented in this manuscript. The bibliographic chapter contains two parts. The first one presents the main trends in the chemical synthesis of copper nano-objects. The second presents the various copper deposition techniques and the formation of diffusion barrier layer of copper on silicon substrates. In the first experimental chapter, we have studied a deposition process based on the hydrogenolysis of a copper organometallic precursor in the presence of an organic silica precursor. The resulting copper layers are deposited on SiO2/Si substrates. We have focused on the study of the role of an addition of water in the medium on the resulting layer. In the second experimental part, we present the synthesis of copper nanoparticles stabilized by organic ligands, and their behavior during an exposure to ambient air. The deposition by spin-coating or dipping of these colloidal solutions of nanoparticles on functionalized silicon substrates by dendrimers is studied. Finally, we describe an innovative deposition method for the formation of a diffusion barrier layer and a copper layer by using an organometallic chemical liquid route. Such copper layers are adherent and highly conformal inside deep vias on silicon substrates
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Avice, Jérémy. "Etudes des propriétés physico-chimiques de revêtements sol-gel par spectroscopie, optoacoustique et endommagement laser". Thesis, Le Mans, 2018. http://www.theses.fr/2018LEMA1028.
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Dans le cadre du projet simulation, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA) vise à reproduire les conditions de pression et de température d'une fusion thermonucléaire avec le laser Mégajoule (LMJ). Certains composants optiques du LMJ, en particulier certaines lentilles de focalisation, sont revêtus d'une couche antireflet (AR) réalisée par un procédé sol-gel. Ces films sont composés de nanoparticules de silice de 10 nm de diamètre avec 55% de porosité. Pour augmenter la résistance mécanique de ces couches, les films sont exposés aux vapeurs d’eau et d'ammoniac pendant un post-procédé. Ce post-traitement crée des liaisons covalentes entre les nanoparticules de silice et renforce ainsi le film colloïdal. Afin de donner toutes les qualités d’un revêtement optique, outre les propriétés optiques clefs, nous nous sommes donnés comme objectif de comprendre la stabilité mécanique de ces nanomatériaux. En particulier, nous avons souhaité, dans le cadre de cette thèse, avoir une meilleure compréhension du procédé de durcissement ammoniac et pour cela nous avons entrepris une étude complète des paramètres physiques et chimique qui gouvernent l’élasticité de cet assemblage de nanoparticules. Dans un second temps, nous avons mis en évidence l’apparition d’un faïençage de surface provoquant de la diffusion optique et une diminution du renforcement mécanique durant le post-procédé. Dans le but de minimiser, voire supprimer ces fissurations de surface, nous avons réalisé une étude paramétrique pour dégager les éléments responsables de ce faïençageWithin the framework of the simulation project, the Atomic Energy Commission (CEA) aims to reproduce the pressure and temperature conditions of a thermonuclear fusion with the Megajoule laser (LMJ). Some of the optical components of the LMJ, in particular some focusing lenses, are coated with an antireflective (AR) layer made by a sol-gel process. These films are composed of silica nanoparticles 10 nm in diameter with 55% porosity. To increase the mechanical strength of these layers, the films are exposed to water and ammonia vapors during a post-process. This post-treatment creates covalent bonds between the silica nanoparticles and thus strengthens the colloidal film. In order to give all the qualities of an optical coating, besides the key optical properties, we have set ourselves the objective of understanding the mechanical stability of these nanomaterials. In particular, we wanted, in the context of this thesis, to have a better understanding of the ammonia hardening process and for that we undertook a complete study of the physical and chemical parameters that govern the elasticity of this assembly of nanoparticles. In a second step, we highlighted the appearance of surface cracking causing optical diffusion and a decrease in mechanical reinforcement during the post-process. In order to minimize or even eliminate these surface cracks, we performed a parametric study to identify the elements responsible for this cracking
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Larbi, Fadila. "Traitement de couches minces et de dispositifs à base de a-Si : H par un plasma d'hydrogène : Etude in situ par ellipsométrie spectroscopique". Thesis, Reims, 2014. http://www.theses.fr/2014REIMS010/document.
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Ce travail est une contribution à l'étude de l'interaction entre des couches minces de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et un plasma d'hydrogène, dans un réacteur de dépôt par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Le suivi in situ de la cinétique de gravure par l'hydrogène atomique est réalisé par ellipsométrie UV-visble. Les différents paramètres de plasma (température, puissance radiofréquence, pression du gaz H2, type de dopage du matériau) pouvant impacter cette cinétique ont été sondés. L'analyse des spectres d'ellipsométrie spectroscopique, à l'aide d'un modèle optique approprié, a permis de mettre en évidence leurs effets sur le temps de formation de la couche modifiée par l'hydrogène, son épaisseur et son excès d'hydrogène, ont été analysés. Le même traitement au plasma d'hydrogène appliqué à des jonctions i/p et i/n, révèle un comportement particulier de la cinétique de gravure dans la zone de jonction. Ce comportement a été interprété dans le cadre d'un modèle simple de diffusion de l'hydrogène sous champ électriqueThis work is a contribution to the study of the interaction between hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin films and hydrogen plasma in a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) reactor. The kinetics of silicon etching by atomic hydrogen is monitored in situ by UV - visble ellipsometry .Several plasma parameters (temperature, RF power, H2 gas pressure, the doping of the material) that may impact the kinetics were probed. An analysis of the spectroscopic ellipsometry spectra, thanks to an appropriate optical model, allowed evidencing their effects on the time constant, the thickness and the hydrogen excess of the H-modified layer.The same hydrogen plasma treatment repeated on i/p and i/n H base junctions revealed a particular behavior of the etching kinetics in the junction zone. This effect is interpreted in the frame of a simple of hydrogen diffusion model under an electric field
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Roger, Charles. "Developpement de cellules photovoltaïques à base de CIGS sur substrats métalliques". Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00965592.
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Ces travaux de thèse ont pour but de développer des cellules photovoltaïques à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) sur des substrats métalliques. L'objectif principal consiste à résoudre les différentes problématiques liées à l'utilisation de ces substrats (Ti et acier inoxydable) en s'appuyant sur une adaptation de l'électrode arrière. L'étude est focalisée sur l'élaboration de contacts arrière en Mo par pulvérisation cathodique. Dans un premier temps, des contacts arrières en monocouches et en bicouches sont comparés, démontrant les intérêts des structures en bicouches. Ces dernières sont obtenues en utilisant successivement deux pressions différentes pendant le dépôt du contact arrière. Nous montrons que la pression utilisée pendant le dépôt de la couche inférieure influe sur la morphologie de la couche supérieure. Il en résulte des modifications de l'orientation cristalline du CIGS et des performances photovoltaïques. Dans une seconde étude, la couche inférieure est déposée à partir d'une cible de molybdène contenant du sodium (Mo:Na) afin d'apporter du Na dans le CIGS. Les différences entre le Mo et le Mo:Na sont d'abord étudiées. Nous montrons ensuite que la diffusion du sodium vers le CIGS dépend de la pression de dépôt de la couche de Mo:Na. Dans le cas de substrats en Ti, des rendements équivalents aux substrats en verre sodo-calcique sont obtenus en utilisant le molybdène dopé au sodium. Nous montrons aussi qu'en présence de sodium, l'effet de la pression de dépôt de la couche inférieure sur les performances est minimisé.
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Chaumont, Denis. "Etude structurale de la formation des sols et des gels de zircone en présence d'ultrasons". Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20087.
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La formation de gels de zircone en presence d'ultrasons est etudiee. L'influence de l'irradiation ultrasonique des solutions gelifiantes sur la formation de gels est mise en evidence. Les reactions d'hydrolyse, de condensation et d'esterification (dans le cas de l'agent chelatant acide acetique) sont favorisees. Une partie des groupements chelatants sont hydrolyses. La structure des solutions gelifiantes, leur evolution ainsi que la formation et sa structure du gel sont etudies par diffusion centrale des rayons x. Des chaines polymeriques lineaires semi-rigides en bon solvant se forment suivant le modele de kratky-porod. On montre que les modeles d'agregations des amas sont du type amas-amas limitees par la diffusion et du type tip-to-tip. En presence d'ultrasons, le type d'agregation est modifie. Des chaines polymeriques branchees peuvent egalement apparaitre. Les ultrasons favorisent la croissance des amas. La gelification est suivie in situ. Le gel est forme d'un reseau polymerique a grande echelle dans les pores duquel des amas polymeriques continuent de croitre. Les systemes gelifies ont des caracteristiques structurales analogues a celles des sols juste avant la gelification
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Honoré, Cyrille. "Le signal complexe de la diffusion collective de la lumière et les écoulements turbulents". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00287591.
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La diffusion collective de la lumière est un moyen d'observation des gaz turbulents. Un laser éclaire le volume étudié. Le champ diffusé par les molécules du gaz est détecté, sous un angle proche de la direction de propagation avant. L'information recueillie est proportionnelle à la transformée de Fourier spatiale de la densité du gaz, sur le volume d'observation, suivant le vecteur d'onde de diffusion. La détection hétérodyne permet d'avoir accès au module et à la phase de ce signal complexe.L'effet Doppler implique qu'il est possible de mesurer la vitesse de l'écoulement: à travers le spectre du signal, on retrouve, sous certaines conditions, la distribution de probabilité de la vitesse moyenne sur le volume observé. De manière instantanée, on a étudié la dérivée de la phase du signal pour déterminer sous quelles conditions, cette dérivée approche la vitesse instantanée moyenne sur le volume. L'évolution temporelle de la vitesse moyenne sur le volume est alors connue. Son spectre peut être calculé. Un coefficient de diffusion turbulente peut être établi. Les expériences liées à cette étude, ont été faites sur une couche de mélange supersonique, dans la soufflerie S150 du LÉA de Poitiers.
La diffusion a aussi la propriété de sélectionner une longueur d'onde, donc une échelle du milieu observé. Cette information est présente dans le module du signal. Un dispositif permettant d'observer simultanément deux diffusions à des échelles différentes a été monté. L'expérience a porté sur un jet à symétrie axiale. L'étude des auto- et intercorrélations entre signaux à échelles différentes laisse apparaitre deux échelles de temps distinctes: un temps court, visible uniquement sur l'autocorrélation, propre à l'échelle observée, et un temps plus long, observable dans tous les cas. Ce dernier ne dépend que de l'échelle de production et de la vitesse moyenne. On a montré que ce temps long est propre aux grandes structures de la turbulence.
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Fuentes, Andrés. "Interaction entre la zone réactionnelle et le champ de concentration des suies : cas de la flamme de diffusion laminaire ausein d'une couche limite". Poitiers, 2006. http://www.theses.fr/2006POIT2346.
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La propagation co-courante d'une flamme de diffusion établie au sein d'une couche-limite est étudiée. Résultant principalement des perturbations induites par les forces de flottabilité à gravité terrestre, la difficulté à générer un écoulement stationnaire à faible vitesse a conduit au développement d’un dispositif expérimental permettant d'effectuer des essais dans un environnement en apesanteur. Partant d’observations expérimentales antérieures, une première approche numérique originale a été développée, démontrant d'une part l’importance du transfert radiatif sur la structure de la flamme, et d'autre part le rôle prépondérant de la suie sur le phénomène d'extinction en queue de flamme. L'influence de la vitesse de l'écoulement forcé, la teneur en oxygène de l'oxydant et la vitesse d'injection du combustible sur la géométrie de la flamme est examinée par imagerie de la chimiluminescence des radicaux CH* et OH*. L’Incandescence Induite par Laser (LII) a été adaptée au contexte de l’étude afin d’évaluer les champs de concentration de suie produite par la flamme. La formation des particules a également été corrélée à des mesures de concentration des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par Fluorescence Induite par Laser (LIF). L'interaction entre la zone réactionnelle et le champ de formation/oxydation des suies est caractérisée de sorte à analyser la longueur de la flamme résultante et à rassembler les premières données expérimentales permettant la validation complète d’une future modélisation numérique de la formation et de l’oxydation des suies au sein de ce type flammeThe concurrent spreading of a boundary layer type diffusion flame is studied. The impossibility of obtaining a low velocity laminar flow without any perturbation induced by buoyancy has lead to the development of an experimental apparatus for use in micro-gravity facilities. Based on previous experimental observations, an original numerical approach has been developed showing, first the dominating role of the radiative heat transfer on the structure of the flame and second the major role of the soot on the extinction phenomenon at the flame trailing edge. The influence of the forced flow velocity, the fuel injection velocity and oxygen concentration on the geometry of the flame has been examined by imaging of CH* and OH* radicals spontaneous emission. Laser-Induced Incandescence (LII) is used to determine the soot field concentration in the flame. The soot formation has been studied by Laser Induced Fluorescence (LIF) of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). The interaction between the reaction zone and the field of soot formation/oxidation is taken into account to analyze the flame length. These results can be used as the experimental input data for a future complete validation of numerical model simulating the soot formation and oxidation in this kind of flame
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Le, Carre Tristan. "Comportement mécanique de la couche de diffusion de gaz sous compression hétérogène dans les assemblages de piles à combustible à membrane échangeuse de protons". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI023.
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Les performances des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont largement impactées par la compression des couches de diffusion des gaz (GDL pour « Gas Diffusion Layer ») appliquée au cours de l’assemblage initial puis contrôlée par le système de serrage. Une GDL est typiquement un papier ou un feutre de fibres de carbone enchevêtrées liées par des contacts adhésifs traité avec un agent hydrophobe (PTFE), d’une épaisseur de quelques centaines de micromètres. A l’échelle macroscopique, son comportement en compression hors plan est fortement non linéaire et irréversible. Plusieurs modèles ont été proposés dans la littérature pour décrire ce comportement en considérant la GDL comme un matériau continu avec un comportement homogène. Dans l’application PEMFC, la GDL n’est toutefois pas sollicitée en compression uniforme, mais subit d’importantes déformations hétérogènes en étant comprimée sous les motifs des réseaux fluidiques des plaques bipolaires.L’objectif des travaux de thèse est donc d’identifier l’influence des motifs sur le comportement macroscopique de la GDL. Plusieurs tailles de motifs sont considérées, afin d’estimer leur impact sur la réponse du matériau. Une réponse mécanique complexe a été révélée par rapport à la compression uniforme. Suivant les méthodes à l’état de l’art, deux modèles homogène de GDL ont été implémentés en utilisant des paramètres ajustés à partir d'expériences de compression uniforme. Il est démontré que les résultats numériques ne reproduisent pas l'effet du motif observé expérimentalement. Les hypothèses d'interprétation de ces résultats impliquent des mécanismes à l'échelle microscopique de la fibre, tels que la fracture de la fibre, la rupture des liens et le réarrangement des fibres, qui sont localement exacerbés par la déformation plus importante du matériau causée par la charge hétérogène. Pour aller plus loin dans la compréhension et la validation des différentes hypothèses, un modèle de compression à l’échelle de la microstructure est finalement mis en place. En collaboration avec Christophe Bouvet (ISAE Supaéro – Institut Clément Ader), le modèle de matériau développé dans le cadre de la thèse de F. Chatti est adapté à la GDL. Ce modèle est calibré à partir des données de la microstructure, complétées par des essais-erreur pour identifier les paramètres inconnus. Une attention particulière est accordée aux propriétés des jonctions qui semblent diriger le comportement apparent de la GDL. Il est ensuite confronté à un chargement hétérogène représentatif de l’application PEMFC pour identifier l’influence des différentes propriétés de microstructure sur la réponse macroscopique du matériauThe performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) is largely impacted by the compression of the Gas Diffusion Layer (GDL) applied during initial assembly and then controlled by the clamping system. A GDL is typically a paper or felt of entangled carbon fibers bonded by adhesive contacts and treated with a hydrophobic agent (PTFE), with a thickness of a few hundred micrometers. On a macroscopic scale, its out-of-plane compression behavior is highly non-linear and irreversible. Several models have been proposed in the literature to describe this behavior, considering GDL as a continuous material with homogeneous behavior. In the PEMFC application, however, the GDL is not loaded under uniform compression, but undergoes significant heterogeneous deformation as it is compressed under the fluidic network patterns of the bipolar plates.The aim of this thesis work is therefore to identify the influence of patterns on the macroscopic behavior of GDL. Several pattern sizes are considered, in order to estimate their impact on the material’s response. A complex mechanical response was revealed compared to uniform compression. Following state-of-the-art methods, two homogeneous GDL models have been implemented using parameters fitted from uniform compression experiments. It is shown that the numerical results do not reproduce the effect of the experimentally observed pattern. The hypotheses for interpreting these results involve mechanisms at the microscopic scale of the fiber, such as fiber fracture, bond breakage and fiber rearrangement, which are locally exacerbated by the greater material deformation caused by heterogeneous loading. To further understand and validate the various hypotheses, a microstructure-scale compression model is finally implemented. In collaboration with Christophe Bouvet (ISAE Supaéro - Institut Clément Ader), the material model developed as part of F. Chatti PhD thesis is adapted to GDL. This model is calibrated on the basis of microstructure data, supplemented by trial-and-error tests to identify unknown parameters. Particular attention is paid to junction properties, which appear to drive the apparent behavior of GDL. It is then submitted to heterogeneous loading representative of the PEMFC application to identify the influence of different microstructure properties on the material's macroscopic response
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Hocine, Tarek. "Détermination expérimentale de la double couche électrique et étude de son influence sur le transfert des ions chlorure dans les matériaux cimentaires". La Rochelle, 2009. http://www.theses.fr/2009LAROS272.
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La corrosion induite par la pénétration des ions chlorure dans le matériau cimentaire demeure l’une des causes majeures de dégradation des ouvrages, leurs durabilités s’explique par la difficulté qu’ont les agents agressifs à pénétrer dans le réseau poreux. Cette thèse traite de l’étude de l’influence des phénomènes électrocapillaires à travers la double couche électrique (DCE) sur le transfert ionique en général et sur le transfert des ions chlorure en particulier dans les matériaux cimentaires. De nombreuses études de quantification de la DCE des constituants du ciment (clinker, C3S,. . . ) ainsi que les hydrates, les C-S-H principalement, ont été réalisées, en revanche, les travaux concernant les matériaux cimentaires et de leurs composés sont peu nombreux. Dans un premier temps et afin d’identifier l’intensité de la charge de surface des parois des pores, des mesures du potentiel zêta ont été réalisées puis analysées sur les différents matériaux cimentaires (pâtes de ciment, mortiers et bétons) pour différentes classes de ciment : CEM I, II et V ainsi que les granulats. Ensuite, une étude d’identification de la microstructure des matériaux cimentaires a été réalisée par la technique de porosimétrie au mercure, par la suite, des essais de migration ont été effectués sur les pâtes de ciment, mortiers et bétons. Les évolutions du courant électrique sont présentées et exploitées afin de caractériser le transfert des ions chlorure au sein du réseau poreux. Enfin, un modèle numérique unidimensionnel et multi-espèces basé sur l’équation de Nernst-Planck intégrant les phénomènes de la DCE a été développé, la réactivité chimique du matériau cimentaire est prise en compte à travers les isothermes d’interaction. Ce modèle permet de simuler les processus de migration et de diffusion des ions chlorure à travers les matériaux cimentaires saturés suivant les deux cas ; avec et sans prise en compte de la DCE. Le traitement théorique de la DCE a été effectué à partir de la théorie de Poisson-Boltzmann. L’approche adoptée pour mettre en évidence l’influence de la double couche électrique a été de confronter les chronoampérométries expérimentales issues des essais de migration avec celles issues des simulationsThe corrosion induced by the penetration of the chloride ions in cement based materials remains one of the major causes of degradation of the structures, their durability is explained by the difficulty which have the aggressive agents to penetrate in the porous medium. This thesis treats the study of the influence of the electrocapillary phenomena through the electric double layer (EDL) on the ionic transfer in general and the transfer of the chloride ions in particular in cement based materials. Several studies on quantification of the EDL of the components of cement (clinker, C3S…) as well as the hydrates, the C-S-H mainly, were carried out, on the other hand, studies concerning cement based materials and their compounds are very few. At first to identify the surface charge of the walls of pores, measurements of zeta potential were performed then analysed on the different cement based materials (cement pastes, mortars and concretes) for various cement classes ; CEM I, II and V as well as aggregates. Then, a study of identification of the microstructure of cement based materials was carried out by the mercury intrusion porosimetry technique. Thereafter, the migration tests were performed on the cement pastes, mortars and concretes. The evolutions of the electrical current are presented and used in order to characterize the transfer of chloride ions within the porous medium. Finally, a one-dimensional numerical model and multi-species based on the Nernst-Plank equation integrating EDL phenomena was developed, the chemical reactivity of the cement based materials is taken into account through the adsorptions isotherms. This model allows simulating the diffusion and migration processes of chloride ions across saturated cement based materials according to the both cases; with and without taking into account of the EDL effect. The theoretical treatment of the EDL was performed from Poisson-Boltzmann theory. The adopted approach to highlight the influence of the electric double layer was to compare experimental chronoamperometry resulting from the migration tests with those simulated
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Fall, Safall. "Fabrication et analyse de nanomatériaux à bases d'oxydes par des techniques de diffusion de rayonnement". Phd thesis, Université du Maine, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00607031.
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Ce travail de thèse porte sur l'étude d'oxydes (ZnO et SiO2) fabriqués par voie sol-gel. Dans un premier temps, nous avons étudié la cinétique de croissance des nanoparticules de ZnO en milieu aqueux. L'étude in-situ de la croissance d'oxyde de zinc par la technique de croissance en milieu aqueux (ACG) a été réalisée grâce à la radiation synchrotron de l'ESRF sur la ligne ID10B. Nous avons réalisé la diffraction de rayons X en incidence rasante sur un substrat plongé dans une solution constituée de nitrate de zinc hexahydraté [Zn(NO3)2,6H2O], d'hexamethylenetetramine (HMT) (C6H12N4) et de l'eau dé-ionisée comme solvant. Nous avons réussi à mettre en évidence l'existence de nanoparticules de ZnO dans la solution et suivre la cinétique de formation. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'étude des films minces de silice mésoporeux structurés par un tensioactif connu sous l'acronyme Brij58. Nous avons commencépar établir le diagramme de phase du Brij58 par la diffusion centrale des rayons X (SAXS), complété par l'établissement d'un diagramme d'état solide-liquide par la rhéologie. Grâce à ce diagramme de phase nous avons pu fabriquer des films minces de silice. L'étude de la structuration des films a été réalisée par la diffusion des rayons X en incidence rasante (GISAXS) et la réflectivité des rayons X. Nous avons finalisé ce travail par l'utilisation des films mésoporeux comme matrice hôte à deux fluides : l'eau et le CO2, et par l'insertion de nanocristaux de ZnO dans les pores de la matrice mésoporeuse.
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Nguyen, Dinh An. "Modélisation dynamique du "coeur" de pile à combustible de type PEM". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL035N/document.
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Étant une des nouvelles sources délivrant des énergies électrique et thermique décentralisées, les piles à combustible offrent une meilleure efficacité énergétique et des émissions réduites pour un développement durable. Ce mémoire est axé particulièrement sur l’étude des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), et sur les phénomènes physico-chimiques dont elles sont le siège. Un modèle 2D dynamique a été développé et résolu numériquement par la méthode des éléments finis au moyen du logiciel COMSOL Multiphysics. Les caractéristiques statiques et dynamiques simulées sont confrontées aux mesures effectuées sur un banc de test équipé d’une monocellule de type PEM de 100cm2 du laboratoire GREEN. Des études paramétriques, telles que l’influence des conditions opératoires, différentes sollicitations en courant, ont été simulées et expérimentées. Le comportement dynamique de la monocellule à un échelon de courant, et plus particulièrement à un couplage direct sur une capacité, a souligné l’importance du phénomène de la double couche électrique aux interfaces membrane/électrode dans la description précise des transitoires rapides. Enfin, la spectroscopie d’impédance, très répandue comme outil de caractérisation de la pile, a été mise en œuvre en simulation, permettant ainsi l’analyse des effets de cette méthode de mesure sur les grandeurs locales du cœur de pileBeing a new source of supplying electrical and thermal decentralized energy, the fuel cells offer better energy efficiency and reduced emissions for sustainable development. This thesis deals with the physicochemical phenomena that occur in a single cell of fuel cell proton exchange membrane. A 2Ddynamic model was developed and solved numerically by the finite element method using thesoftware COMSOL Multiphysics. The simulated static and dynamic polarization curves are confronted with measurements made on a 100cm² single cell test bench that belongs to GREEN Laboratory. Aparametric study, such as the influence of operating conditions, different stress current has been simulated and tested. The single cell dynamic behavior to a current step and more particularly to adirect connection to capacitor has underlined the importance of the electrical double layer phenomenon, located at the membrane / electrode interfaces, to describe precisely fast transients.Finally, spectroscopy impedance as a tool widely used to characterize the cell has been implemented in simulation allowing the analysis of the effects of this measurement method on the local parameters
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Bouyssou, Rémi-Xavier. "Perpétuation de la technique PVD pour les dépôts de barrière de diffusion et de couche de germination des interconnexions de cuivre des technologies CMOS avancées". Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0010.
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Dans les circuits intégrés actuels, les interconnexions permettant de relier les composants actifs à l’extérieur du circuit, sont réalisées en cuivre. Celles-ci sont isolées les unes des autres par du diélectrique. Afin d’empêcher la diffusion du cuivre dans ce diélectrique, il est nécessaire de déposer des barrières de diffusion. Et pour permettre le remplissage de ces structures, par du cuivre, une couche de germination et ensuite déposée. Ces deux dépôts successifs sont actuellement réalisés grâce à une technique de dépôt physique en phase vapeur (PVD). Or cette technique commence à montrer ses limites avec la réduction des dimensions. La détermination de ses limites définitives est le but de cette étude. Dans une première partie, les caractéristiques du matériau et l’intégrité du dépôt barrière sont étudiés. Et dans une seconde partie, l’étude des caractéristiques du matériau et de la morphologie du dépôt de la couche de germinations est présentée. Ce travail a aussi permis d’élaborer deux techniques d’évaluation rapide, l’une de l’intégrité du dépôt barrière et l’autre de la morphologie de la couche de germinationIn integrated circuits, interconnects are in copper. Their goal is to connect active components to external components. Dielectric is use to isolate these interconnects. A layer is deposit to prevent copper diffusion in dielectric and after seed layer is deposit to allow copper filling in interconnects. Physical Vapour Deposition (PVD) is used for these two layers. But with technology evolution this technique shows some limits. In a first part, material characteristics and barrier layer integrity are studied. And in a second part, material characteristics and seed layer morphology are studied. During this work two evaluation techniques were developed, first for barrier layer integrity and second for seed layer morphology
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Couzinie-Devy, François. "Cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se² : adaptation des propriétés de l'absorbeur à la couche tampon d'(In,Al)²S3 co-évaporée". Nantes, 2009. http://www.theses.fr/2009NANT2114.
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Les cellules solaires standards à base de Cu(In,Ga) Se2 possèdent une fine couche tampon de sulfure de cadmium déposée par bain chimique. Son remplacement par une couche tampon exempte de cadmium et déposée par procédé physique sous vide est un des challenges de la communauté depuis quelques années. Dans ce travail, une double approche a été suivie, en étudiant les propriétés de la nouvelle couche tampon alternative mais en s'intéressant aussi à son interface avec la couche CIGSe et en travaillant spécifiquement à l'optimisation du CIGSe à la nouvelle couche tampon. Un premier aspect a donc été l'étude de couches tampons à base de sulfure d'indium. L'introduction d'aluminium dans les couches a permis de réduire les discontinuités de bande à l'interface avec le CIGSe et de diminuer les recombinaisons. En parrallèle un travail sur le contrôle des propriétés de couches de CIGSe déposées par coevaporation a été mené. L'optimisation de caractéristiques comme la rugosité et la texturation des couches a permis l'obtention de dispositifs à couche tampon CdS à des rendements proches de 18 %. L'effet des propriétés de la couche du CIGSe sur l'interface avec la couche tampon de (In,A1)2S3 a enfin été etudié. L'optimisation des paramètres de l'absorbeur et notamment de la rugosité a permis d'atteindre des rendements de cellules de l'ordre de 13 % avec la couche tampon PVDStandard Cu(In,Ga)Se2(CGISe) based solar cells have a thin, chemical bath deposited, cadmium sulfide buffer layer. Its replacement by a cadmium-free material deposited by a physical process (PVD) is among the challenges of the research community. In the present work, a dual approach has been followed working on both the properties of a new alternative buffer layer and the optimisation of the CIGSe layer. The new buffer layer investigated belongs to the indium sulfide family : In2-2xA12xS3. It is observed that the partial substitution of indium by aluminium yields a band gap increase of the material mainly affecting the conduction band states. Meanwhile, an accurate tuning of the CIGSe growth parameters allowed the control the films, grains orientation and roughness. This optimisation of the CIGSe led to the reach of national record 18 % efficiency cell. Furthermore, the combination of these progress with the understanding of the In2-2x-A12xS3, films properties makes it possible the realisation of 13 % efficiency devices with a PVD deposited (In,A1)2-S3 buffer layer
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Moll, Adrien. "Élaboration et étude des propriétés thermoélectriques du disiliciure de chrome sous forme de monocristal, de couche mince et de nanofil". Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS128.
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La thermoélectricité est un phénomène physique permettant la conversion directe de l’énergie thermique en énergie électrique, ou inversement. Cependant l’augmentation du rendement des modules thermoélectriques passe par un défi de taille : optimiser les propriétés électroniques du matériau pour obtenir un coefficient Seebeck élevé et une résistivité électrique faible, tout en minimisant la conductivité thermique. Une des voies d'optimisation consiste à réduire la dimensionnalité des matériaux afin de diminuer la contribution des phonons dans le transport thermique. Les matériaux siliciures sont prometteurs en raison de leur faible toxicité et coût. Parmi eux, le disiliciure de chrome, CrSi2, possède des propriétés de transport électronique intéressantes, mais ses performances sont limitées par une conductivité thermique trop élevée. L’objectif de cette thèse est d’étudier les propriétés thermoélectriques de ce composé sous différentes formes, monocristal, couche mince et nanofil. Dans ce but, le disiliciure de chrome a été élaboré sous formes de monocristal par la méthode Bridgman, de couche mince par pulvérisation cathodique, et de nanofil par dépôt chimique en phase vapeur. Ces différentes techniques d'élaboration ont été associées à des techniques de caractérisation spécifiques à chacune de ces formes afin d'étudier la relation entre les propriétés physiques et la microstructure du matériau. En couplant des modèles théoriques aux mesures thermoélectriques, les mécanismes de transport électronique et thermique ont été mis en évidence. L’étude de dynamique du réseau a été complétée par la première mesure de diffusion inélastique des neutrons sur monocristal et sur poudre nanométrique de CrSi2. Dans le cas des couches minces, l'effet de l'état de cristallinité et de l'épaisseur a été étudié. Enfin, dans le cas des nanofils, un microdispositif de mesure des propriétés thermoélectriques sur nanofil isolé a été conçu. L’ensemble des résultats présentés ouvre des perspectives intéressantes pour aborder l’amélioration des propriétés thermoélectriques de CrSi2Thermoelectricity is a physical effect related to the direct conversion between thermal and electrical energy. To improve the thermoelectric efficiency, the electronic properties of the materials must be optimized to get a large Seebeck coefficient and a low electrical resistivity while lowering the thermal conductivity. One of the optimization ways is to reduce the dimensionality of the materials to decrease the phonon contribution to the thermal conductivity. Silicides are promising materials because of their low toxicity and cost. Among them, chromium disilicide, CrSi2, shows interesting electronic transport properties, but a too high thermal conductivity, limiting its performance. The objective of this thesis is to study the thermoelectric properties of this compound with various forms, single crystal, thin film and nanowire.For this purpose, the chromium disilicide was elaborated in the forms of single crystal by the Bridgman method, thin film by sputtering, and nanowires by chemical vapor deposition. These elaboration routes have been associated with characterization techniques specific to each form in order to study the relationship between the physical properties and the microstructure of the material. By coupling theoretical models with thermoelectric measurements, the mechanisms of electronic and thermal transports have been determined. The vibrational study was completed by the first inelastic neutron scattering measurement on CrSi2 single crystal and nano-powder. In the case of thin films, the effect of the crystallinity state and the thickness has been studied. Finally, in the case of nanowires, a micro-device has been designed to measure the properties of a single nanowire. The presented results open interesting perspectives to improve the thermoelectric properties of CrSi2