Добірка наукової літератури з теми "Propriétés radiatives et effectives"

Les méthodes basées sur les rayons permettent de simuler rapidement la propagation d’ondes ultrasonores sur de grandes distances. Elles peuvent être couplées à des modèles de diffraction pour produire des simulations complètes des contrôles ultrasonores mais ne tiennent pas compte des interactions complexes qui se produisent dans des milieux fortement hétérogènes. Or, ces dernières peuvent avoir un impact significatif sur les performances d'inspection. Par comparaison, les simulations par Eléments Finis (EF) à l'échelle de la microstructure tiennent compte de ces interactions mais requièrent des temps de calcul si importants qu’elles sont retreintes à des Volumes Elémentaires Représentatifs (VER) en trois dimensions. Le travail présenté dans cette communication vise à combiner les avantages de ces deux approches. D'une part, des simulations EF réalisées sur des VER de la microstructure sont utilisées pour déterminer les paramètres macroscopiques effectifs tels que les vitesses, les atténuations et les coefficients de diffusion. D'autre part, un modèle basé sur les rayons exploite ces données pour simuler l’inspection ultrasonore visée où les ondes se propagent sur des distances importantes par rapport aux longueurs d'onde et à la taille caractéristique de la microstructure. Un module de simulation dédié a été implémenté dans une version de développement du logiciel CIVA. Il génère des réalisations aléatoires de microstructures pour un ensemble donné de paramètres, pilote des calculs par éléments finis, et post-traite leurs résultats pour obtenir des estimations des propriétés du milieu effectif macroscopique. Les volumes considérés par le modèle éléments finis sont suffisamment petits pour permettre des calculs rapides en trois dimensions, de l’ordre de quelques minutes. Des résultats ont été obtenus pour différents types de microstructures, décrivant des métaux et des bétons. En particulier, cette communication se concentre sur des applications à l’acier qui ont fait l'objet d'études collaboratives entre le CEA et EDF. Cette approche s’avère prometteuse pour combiner la modélisation à l'échelle de la microstructure et les simulations à plus grande échelle.

Pour enseigner une discipline scolaire précise, l’on doit d’abord savoir enseigner, c’est-à-dire avoir une compétence pédagogique qui permet à l’enseignant-e de faire des choix de contenus, de méthodes, de stratégies et de matériels pertinents pour une conduite réussie de sa classe. Mais encore, il ou elle doit avant tout connaître la discipline qu’il ou qu’elle devra dispenser; cette compétence disciplinaire est indispensable pour toute intervention de l’enseignant ou de l’enseignante dans la mesure où une action didactique ne se justifie que parce que des élèves doivent s’approprier des savoirs (savoirs, savoir-faire et savoir-être) propres à une discipline. En classe de langue, il est donc attendu de l’enseignant ou de l’enseignante, en plus de sa capacité à mettre en place un dispositif efficace d’apprentissage, qu’il ou qu’elle connaisse la langue qu’il ou qu’elle enseigne, qu’il ou qu’elle puisse en connaître le fonctionnement afin d’initier les apprenant-e-s à une description rigoureuse et à l’usage de cette langue dans divers contextes. L’objectif de cette réflexion est de montrer que certaines séquences didactiques observées révèlent parfois une défaillance des enseignant-e-s de langues nationales quand il faut mettre en relief certaines propriétés linguistiques, ce qui les amène à banaliser des savoirs pourtant essentiels pour une langue particulière ou à procéder à une généralisation abusive à toutes les langues d’une propriété non attestée partout. Cet article adopte une approche qualitative et s’appuie sur des observations des pratiques didactiques effectives et sur des entretiens avec les enseignants dont les leçons ont été observées.

Les milieux désordonnés composés de nanoparticules revêtent une grande importance dans de nombreuses applications, particulièrement celles liées à l'efficacité énergétique telle que le refroidissement radiatif. Dès lors, la compréhension de l'interaction lumière-matière est primordiale, mais s'avère très complexe. En effet, ces études doivent bien souvent passer par la résolution des équations de Maxwell dans des systèmes constitués de milliers de particules, permettant ainsi de prendre en compte les phénomènes de diffusion et d'interférences. De façon à réduire l'importante charge numérique qui en découle, ce travail de thèse se focalise sur des systèmes 2D en incluant quelques discussions sur des systèmes 3D. Dans ce contexte, le premier volet de ce manuscrit s'intéresse au concept d'homogénéisation pour des systèmes de particules petites par rapport à la longueur d'onde du rayonnement et pouvant présenter des résonances. Cette étude met en évidence des comportements exotiques permettant de discuter, entre autres, du lien entre homogénéisation et parties cohérente et incohérente du champ diffusé. Le second volet est dédié à l'optimisation de l'absorption du rayonnement dans des lames minces par rapport à la longueur d'onde, et composées de nanoparticules. On montre que l'utilisation exclusive de particules résonantes ne donne lieu qu'à une absorption plafonnant à 70%. Néanmoins, leur couplage avec des particules purement diffusantes permet une absorption quasi-parfaite (∼95%), par un effet similaire au couplage critique. Finalement, l'étude détaillée des mécanismes qui régissent le gain d'absorption en 2D a permis leur reproduction dans des systèmes 3D
Disordered media composed of nanoparticles are of great importance in many applications, particularly those related to energy efficiency such as radiative cooling. Understanding the light-matter interaction is therefore essential, but highly complex. Indeed, these studies often involve solving Maxwell's equations in systems made up of thousands of particles, to take account of scattering and interference phenomena. In order to reduce the ensuing numerical burden, this thesis focuses on 2D systems, with some discussion of 3D systems. In this context, the first part of this manuscript focuses on the concept of homogenization for particle systems that are small relative to the radiation wavelength and may exhibit resonances. This study highlights exotic behaviours that allow us to discuss, among other things, the link between homogenization and coherent and incoherent parts of the scattered field.The second part is dedicated to optimizing the absorption of radiation in subwavelength plates made of nanoparticles. It is shown that the use of resonant particles only results in absorption up to 70%. However, combining them with purely scattering particles results in near-perfect absorption (∼95%), through an effect similar to critical coupling. Finally, a detailed study of the mechanisms governing absorption gain in 2D has enabled them to be reproduced in 3D systems

Les nuages presentent des fluctuations de leurs proprietes microphysiques a differentes echelles spatiales. Comment les heterogeneites spatiales des proprietes nuageuses affectent le transfert radiatif est un probleme majeur dans l'etude du rayonnement dans l'atmosphere. On propose une methode permettant la prise en compte des effets des heterogeneites horizontales des nuages stratiformes dans le cadre de la theorie du nuage homogene plan-parallele : l'approximation du nuage plan-parallele homogene equivalent (ehca). L'ehca repose sur la definition des parametres radiatifs effectifs d'un nuage heterogene en imposant que les flux radiatifs soient egaux aux flux radiatifs du nuage homogene equivalent. En utilisant des nuages (1d et 2d) generes par le processus a cascade bornee, des nuages decorreles ou generes par analyse morphologique, on montre que les parametres radiatifs effectifs sont fonction des parametres radiatifs moyens du nuage heterogene et d'un parametre d'heterogeneite caracterisant la fluctuation horizontale de l'epaisseur optique. Cette methode permet aussi d'expliquer, en partie, le phenomene de l'absorption anomale. On applique aussi l'ehca au cas de la reflectance bidirectionnelle. On montre que le biais entre la reflectance bidirectionnelle d'un nuage heterogene et celle du nuage homogene equivalent est au moins fonction de l'epaisseur optique, de l'incidence solaire et d'un parametre d'heterogeneite caracterisant le gradient horizontale de l'epaisseur optique. On suspecte que ce biais est independant de l'echelle de moyenne. Les analyses spectrales (fourier) et d'echelles (ondelettes) des flux radiatifs permettent une meilleure comprehension des interactions entre les heterogeneites nuageuses et les processus de transfert radiatif. Ces analyses mettent en evidence que les effets de lissage radiatif et de resonance sont non seulement dus aux processus de diffusion multiple et d'absorption (fonction de l'echelle et de la localisation), mais aussi a un decalage de phase lors d'une incidence solaire oblique.

La précision physique des simulations qui permet aujourd'hui de visualiser de façon réaliste un environnement géométrique donné, dépend dans un espace 3D supposé vide de deux facteurs: la précision du modèle physique qui permet de décrire les propriétés radiatives des sources lumineuses (émittance) et des surfaces (réflectance/ transmittance) de cet environnement, et la précision des calculs du transport de la lumière entre ces surfaces. Le travail de thèse présenté ici a consisté à définir un modèle de sources lumineuses permettant de simuler des systèmes d'éclairage complexes. Ce modèle prend en compte n'importe quel type de distributions spectrales (distributions continues et discontinues) et spatiales (uniformes et non uniformes). - Dans la technologie de synthèse d'image, les caractéristiques spectrales des sources lumineuses, sont aujourd'hui encore, souvent modélisées dans l'espace colorimétrique RVB. Cet espace colorimétrique ne permet pas d'obtenir des simulations précises des données spectrales car il est dépendant du dispositif d'affichage. Bien que des méthodes aient été récemment développées pour échantillonner le domaine de longueur d'onde et calculer les transferts lumineux pour un ensemble d'échantillons, elles ne permettent pas de traiter des caractéristiques spectrales complexes. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé une méthode fondée sur une analyse préalable des spectres utilisés. Cette méthode permet de lever certaines contraintes imposées par les méthodes actuelles. - Pour prendre en compte la distribution spatiale d'énergie des sources lumineuses dans les calculs d'illumination, les méthodes classiques supposent que les distributions sont uniformes. Cette simplification est abusive car les sources artificielles n'ont précisément jamais une distribution spatiale uniforme. Pour simuler de telles sources, des modèles fondés sur les courbes goniophotométriques fournies par les constructeurs de systèmes d'éclairage ont été développés, mais ils induisent une erreur importante dans le calcul de l'illumination des surfaces proches des sources de lumière. C'est pourquoi nous avons proposé une nouvelle méthode qui s'appuie sur la modélisation géométrique précise d'un système d'éclairage (brûleur, réflecteurs, vasque), et considéré la source comme un micro-domaine de l'environnement émettant de l'énergie par l'intermédiaire d'une zone d'interface. Au sein de ce micro-domaine, la distribution spatiale d'énergie est calculée sur la zone d'interface en utilisant une méthode de projection. Les deux méthodes (distribution spatiale et distribution spectrale) proposées dans cette thèse ont été expérimentées et font actuellement l'objet de transferts industriels dans le domaine de l'ingénierie d'éclairage
The physical precision of simulations which permit the realistic visualization of a given geometric environnement depends on two factors: the precision of the physical model which describes the radiative properties of light sources (emittance) and surface (reflectance) of this environnement, and the precision of light propagation calculations between these surfaces. The work of my thesis presented here consists of defining a model for light source which permits the simulation of complex lighting system. This model takes into account any arbitrary type of spectral distributions (continuous or non-continuous) and spatial distributions (uniform or non-uniform). - In image synthesis technology today, the spectral characteristics of light sources are still often modelized in the RGB colorimetric system. This colorimetric system does not allow us to obtain precise simulations from given spectral data because it depends on display device. Methods have been recently developed to sample the wavelength domain and calculate the light propagation from this set of samplesj which however, do not permit the treatment of complex spectral characteristics. To solve this problem, we have proposed a method based upon preliminary analyse of spectrums utilized. This method removed certain constraints imposed by actual methods. -To take into account the spatial energy distribution of light sources in the illumination calculations, classical methods assume that the distributions are uniform. This simplification is unjust since artificial sources never have a uniform spatial energy distribution. To simulate this type of light sources, models based upon gonio-photometric diagram provided by the manufacturers of lighting systems have been developed. However, these methods introduce an important error in the surface illumination calculation when sources are dose to the surface. This is why we have proposed a new method founded upon a precise geometric modelization of a light fixture (lamp, reflector, lens) and consider the source like a sub-domain of this environnement which emits energy by an intermediate interface zone. Inside this sub-domain, the spatial energy distribution is calculated on the interface zone by using a projection method. The two methods (spatial and spectral distributions) actually proposed in this thesis have been experimented and will be transferred into the industrial domain further developement

La prise en compte des caractéristiques physiques de réflexion des matériaux dans les équations de transfert lumineux a conduit plusieurs chercheurs à élaborer différents modèles. Ces modèles sont plus ou moins physiquement valides. Ils sont également plus ou moins faciles à mettre en oeuvre. En effet, ils doivent d'une part être exploités dans un algorithme de calcul global de transferts lumineux entre les surfaces de l'environnement géométrique à simuler, et d'autre part ils doivent permettre de paramétrer le comportement photométrique souvent complexe de ces surfaces. Notre étude porte sur la modélisation des propriétés radiatives des surfaces. Nous nous sommes concentrés plus précisément sur la mesure de ces propriétés dans le cas de surface réelles, sur la prise en compte de ces propriétés dans les calculs de simulation d'illumination et sur l'expérimentation d'un certain nombre de modèles, faite dans la perspective d'applications dans le domaine de l'ingénierie de l'éclairage
In the light transfer equation, we have to take into account the physical features of the material reflection. This have led many researchers to elaborate various models. These models are more or less physically valid; they are also more or less easy to use. In fact, on one hand they have to be processed by an algorithm of global lighting transfer between all surfaces of the geometrical environment to be simulated, and in the other hand they have to permit to determine parameters for the complex photometrical behavior of these surfaces. Our study concerns the modelisation of the radiative properties of surfaces. We focus more precisely on the properties measurement for real cases of surfaces, by taking into account these properties in the illumination simulation process and on the experimentation of a number of models, in the perspective of lighting engineering applications

Pour améliorer de façon significative la connaissance des nuages de cristaux de glace de la haute troposphère, dont l'impact radiatif est maintenant reconnu mais mal quantifié, des programmes de recherche internationaux de grande ampleur ont été mis en place ces dernières années. Notre travail s'inscrit dans le cadre de EUCREX (european cloud and radiative experiment), et porte sur l'étude des propriétés radiatives des cirrus, fortement corrélées a leurs propriétés optiques. De nombreuses mesures radiatives et thermodynamiques classiques ont été acquises durant la campagne EUCREX'94, ainsi que des mesures plus spécifiques telles que celles collectées par l'instrument POLDER (polarization and directionality of earth's réflectance) et le lidar aéroporté LEANDRE (lidar embarqué pour l'étude des aérosols, nuages, dynamique, rayonnement et espèces minoritaires) la matrice de diffusion complète de particules prismatiques aléatoirement orientées dans l'espace, ainsi que la fonction de diffusion de particules orientées horizontalement dans l'espace ont été calculées. Un code de transfert radiatif de type adding-doubling a été utilisé pour simuler la diffusion du rayonnement solaire dans les nuages composes de cristaux non sphériques aléatoirement orientes dans l'espace. Par ailleurs, un calcul approxime, fonde sur le principe des ordres successifs de diffusions a permis de simuler la diffusion de la lumière par des cirrus constitues de cristaux horizontalement orientes dans l'espace. Dont on suppose l'occurence relativement courante
La comparaison des différentes mesures avec les modeles montre que les données de polarisation (POLDER et lidar) sont très discriminantes pour la microphysique (forme, taille, orientation des cristaux), et que la combinaison de différentes mesures permet de réduire le nombre de modèles susceptibles de les expliquer. Une étude de sensibilité du forçage radiatif met en évidence l'impact important de l'orientation préférentielle des cristaux de glace dans le cirrus

Pour améliorer la connaissance des nuages de cristaux de glace de la haute troposphère, des programmes de recherche internationaux de grande ampleur ont été mis en place ces dernières années. Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'expérience ICE (International Cirrus Experiment) et de la campagne en préparation EUCREX (EUropean Cloud and Radiation EXperiment). Le seul moyen permettant une étude globale, à l'échelle planétaire des cirrus est l'observation satellitaire. Ceci a nécessité la mise au point de codes radiatifs adaptés au cas des particules non sphériques. Nous avons étudié des modèles de tels nuages, en faisant en premier lieu l'hypothèse qu'ils sont composés de cristaux de glace de forme cylindrique. Ces résultats ont été utilisés pour interpréter l'observation satellitaire des cirrus semi-transparents. Cette application concerne la télédétection satellitaire à l'aide des canaux infrarouges à 11 μm et 12 μm du radiomètre AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) porté sur le satellite NOAA 9 (National Oceanic and Atmospheric Administration). Afin d'effectuer une modélisation plus fine des cirrus, nous avons fait ensuite l'hypothèse qu'ils sont constitués de cristaux, dont la structure de base est hexagonale. Nous avons utilisé tout un ensemble d'observations radiatives (lidar, radiométrie infrarouge et visible) pour caractériser les propriétés optiques moyennes d'un cirrus, des caractéristiques microphysiques ont été déduites et sont tout à fait en accord avec l'interprétation des observations satellitaires. Nous avons étudié le cas où les particules de glace ont une orientation privilégiée dans le cirrus. Le calcul approché du transfert radiatif dans un tel milieu a été mis au point et les effets radiatifs dus à cette anisotropie ont été quantifiés

Les méthodes de synthèses chimiques et d'auto-assemblage sont aujourd'hui envisagées pour fabriquer des matériaux nanostructurés aux propriétés optiques contrôlées. Nous avons considéré le cas le plus simple de composites combinant un polymère non-structuré et des nanoparticules d'or sphériques, dont nous fabriquons des films d'épaisseur et de fraction volumique en or variables et étudions les propriétés optiques, par ellipsométrie spectroscopique, dans les domaines ultraviolet-visible-proche infrarouge. Pour des films tridimensionnels épais (30-200 nm) de fraction volumique en nanoparticules inférieure à 6%, les variations de l'indice optique avec la longueur d'onde sont bien décrites par une loi de mélange de Maxwell-Garnett modifiée par l'introduction de polarisabilités anisotropes rendant compte du couplage électromagnétique entre particules proches. Des d'échantillons très denses en nanoparticules ont été fabriqués (jusqu'à des fractions volumiques de 30%), et montrent, dans une bande spectrale finie, des permittivités électriques proches de zéro ou négatives. Pour des échantillons très minces (épaisseur de l'ordre de la taille des nanoparticules), nous montrons que l'indice optique complexe n'est plus un descripteur intrinsèque du système et que l'analyse ellipsométrique ne permet pas de déterminer l'épaisseur de manière non-ambigüe. On a accès en revanche à la section efficace d'extinction des particules : lorsque les particules sont déposées très près du substrat de silicium, les valeurs expérimentales sont exaltées par rapport aux valeurs théoriques, même en tenant compte d'effets de dipôles image dans le substrat. Les conclusions de ce travail ont permis d'éclaircir le lien entre les propriétés optiques mesurées et la nanostructure de films composites, et laissent entrevoir la possibilité d'élaborer par voie chimique des matériaux nanocomposites aux propriétés optiques inédites.

Nous étudions, par ellipsométrie spectroscopique, les propriétés optiques dans le domaine de l'UV-Visible-Infrarouge de films composites constitués de polymère et de nanoparticules d'or. Nous étudions la relation entre ces mesures et la structure des nanocomposites, que nous étudions par microscopie à force atomique en particulier. Nous distinguons l’analyse de films épais (tri-dimensionnels) et minces (quasi-bidimensionnels). Dans les deux cas, nous confrontons les résultats expérimentaux à des modèles théoriques de milieux effectifs dérivés de Maxwell-Garnett, en particulier
By spectroscopic ellipsometry, we study the optical properties in the range of UV-Visible-Infrared of composites films made of polymer and gold nanoparticles. We study the relation between these measurement and the structure of the nanocomposites, that we study by atomic force microscopy in particular. We distinguish the analysis of thicks films (tridimensionals) and thins (quasi-bidimensionals). In both of case, we confronte these experimentals results to the theoric models of effectives medium derivated for Maxwell-Garnett in particular

Les superisolants thermiques sont largement étudiés car il permettraient de réduire les émissions de $\mathrm{CO}_2$. Nous voulons modéliser les propriétés radiatives de matrices nanoporeuses de silice qui sont les composants majeurs de ces matériaux. Des échantillons ont été fabriqués puis caractérisés sur la plage de longueur d'onde [250~nm ; 20~mm]. Nous avons ensuite calculé leurs propriétés radiatives avec une méthode inverse. Les échantillons étant constitués de particules quasisphériques, nous avons modélisé leurs propriétés radiatives avec la théorie de Mie. La notion de diffuseur représentatif nous permet d'obtenir un accord satisfaisant sur l'ensemble de la plage de longueurs d'onde étudié, sauf aux petites longueurs d'onde (\(\lambda \leq 1\, \mu \mathrm{m}\)) car la théorie de Mie ne peut pas prendre en compte la structure des agrégats. Nous avons donc développé un code basé sur l'approximation dipolaire discrète qui améliore les résultats, les calculs se basant sur des agrégats générés avec différents algorithmes.