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Université de Franche-Comté
/ 22-04-2009
Lanteri Yannick
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La complexité des mécanismes de transfert en nanofiltration (NF) nuit à un développement optimal de ce procédé sur le plan industriel. C'est pourquoi les recherches visant à mettre au point des outils fiables de modélisation du transport se sont intensifiées au cours des dernières années. Le modèle SEDE fait partie de ces outils. Celui-ci repose sur des équations de partage aux interfaces membrane/solution, incluant des effets Stérique, Electrique et Diélectriques d'Exclusion, ainsi que sur l'équation de Nernst-Planck pour décrire le transport dans les pores. L'évaluation de l'aptitude prévisionnelle du modèle SEDE passe nécessairement par la détermination de ses paramètres: du rayon, de la densité de charge volumique et de la constante diélectrique des pores. Pour déterminer ces grandeurs, il m'a été proposé d'étendre l'application du modèle SEDE à l'étude du potentiel de membrane. L'étude théorique du potentiel de membrane révèle que la mesure de cette grandeur en présence d'un électrolyte binaire à concentration élevée, permettrait d'évaluer le rayon de pore d'une membrane de NF. Une analyse des mesures de potentiel de membrane et de taux de rejet ionique effectuées avec une membrane de polyamide a permis d'évaluer son rayon de pore, sa densité de charge volumique et la constante diélectrique à l'intérieur des pores, et de vérifier la cohérence globale du modèle SEDE. Enfin, une étude théorique du potentiel de membrane avec un mélange ternaire révèle que ce type de mesures réalisé à concentrations élevées permettrait à lui seul d'évaluer la constante diélectrique à l'intérieur des pores sans recourir à des mesures supplémentaires de taux de rejet.
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Université de Franche-Comté
/ 31-03-2009
Volyanskiy Kirill
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Ce manuscrit est consacré à l'étude du bruit de phase dans les oscillateurs optoélectroniques
(OEO) à ligne à retard à fibre optique. Cette classe particulière d'oscillateurs dans la gamme micro-onde a été développée (1994) récemment, et étudiée par différents groupes de recherche dans le monde, du fait de son important potentiel en termes de très faible bruit de phase à court terme (applications radar, spatial, et télécom haut débit). Sur la base d'un modèle théorique s'appuyant sur une description temporelle, nous avons étudié la dynamique de l'oscillateur, et ses propriétés de bruit de phase. L'équation différentielle stochastique, non linéaire, et à retard, est directement dérivée de la description des différents éléments de la chaîne d'oscillation : la non linéarité prédominante d'un modulateur électro-optique de Mach-Zehnder, le temps de retard induit par plusieurs kilomètres de fibre, la dynamique résonante du filtre micro-onde à 10 GHz sélecteur des modes à retard, et les différentes sources de bruit additif et multiplicatif (laser, photodiode, amplificateur RF). La linéarisation de ce modèle autour du point de fonctionnement a permis d'obtenir une expression théorique du bruit de phase et d'amplitude de l'OEO. Ces résultats sont confrontés à une exploration expérimentale des caractéristiques de bruit, à la fois des composants utilisés, et du système complet de l'OEO en régime d'oscillation monomode. Des techniques de mesure de bruit ultra-sensibles, utilisant des architectures optoélectroniques d'un banc de mesure, ainsi que des principes de mesure par corrélation, sont décrites. Une très bonne correspondance entre théorie et expérience est ainsi obtenue. Le travail a abouti à l'identification quantitative des principales sources de bruit limitant les performances de l'OEO. Par l'utilisation de composants optimaux, un niveau de bruit de phase de l'ordre de -143
dBrad2/Hz à 10 kHz de la porteuse à 10 GHz, a été atteint. La discussion des sources de bruit résiduelles a également permis de proposer des améliorations pour les architectures futures d'OEO.
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Université de Franche-Comté
/ 26-03-2009
Genix Michael
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Cette thèse, au sein du département Micro Nano Sciences et Systèmes du laboratoire FEMTO-ST, s’inscrit dans le développement de la microscopie thermique. Nous avons proposé d’étudier la mesure locale par thermocouple intrinsèque en modes contact et non contact. L’originalité de ces méthodes est qu’elles font intervenir l’échantillon conducteur comme l’un des éléments du couple thermoélectrique. La première partie de ces travaux a consisté à concevoir, réaliser et mesurer des étalons thermiques indispensables au développement d’un principe de mesure thermique. La seconde partie de cette thèse a été consacrée à la conception et à la réalisation de sondes locales spécifiquement dédiées à la mesure par thermocouple intrinsèque. Plusieurs architectures différentes ont été proposées et nous avons montré les résultats de caractérisation obtenus ainsi que les limitations de cette méthode intrinsèque. Enfin, la dernière partie de ces travaux a été dédiée à la mise en place d’un microscope à forces électrostatiques. Celui-ci permet la quantification de la Différence de Potentiel de Contact sans contact entre la sonde et l’échantillon de test. Celui-ci a permis de présenter les premières mesures de la variation de l’énergie de surface en fonction de la température.
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Université de Franche-Comté
/ 22-01-2009
Passier Rémy
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Ce manuscrit porte sur la génération, la mise en forme et la manipulation de vortex optiques, c’est-à-dire des faisceaux laser porteurs de singularités de phase les dotant d’un moment orbital angulaire. Nous les utilisons pour photoinduire des guides optiques dans des matériaux photoréfractifs tels que le niobate de lithium tout en s’attachant à la compréhension physique des interactions vortex/milieu photoréfractifs. La mise en forme et la manipulation de vortex optiques s’inscrit ici dans la perspective de réalisation de systèmes guidants dans des matériaux massifs. Liés aux nouvelles technologies, ils pourraient permettre de traiter l’information via de nouveaux composants d’interconnexions. Notre solution est basée sur le principe des solitons optiques spatiaux, faisceaux invariants en propagation qui peuvent être obtenus via une interaction du matériau par effet Pockels qui induit un guide optique au sein du matériau ayant le même profil que le soliton. Nous utilisons ici un matériau qui a fait ces preuves dans le domaine de l’optoélectronique, le niobate de lithium (LiNbOʒ). Nous présentons d’abord les notions de base relatives aux solitons et les différents moyens permettant de les obtenir. Les vortex optiques et leurs applications sont également introduits. Plus précisément, le formalisme mathématique définissant les vortex et les méthodes pour les obtenir sont décrit. D’autre part, les différents mécanismes physiques intervenant dans la formation des solitons spatiaux dans les matériaux photoréfractifs sont détaillés. Un nouveau modèle numérique intégrant des variables auparavant négligées est proposé pour une meilleure compréhension du comportement du vortex dans le niobate de lithium dopé fer que les modèles utilisés jusqu’alors. Nous mettons ensuite en évidence le bon accord entre ce nouveau modèle numérique et l’observation expérimentale de l’influence de l’anisotropie du cristal sur la propagation d’un vortex en milieu photoréfractif photovoltaïque en fonction de paramètres tels que le moment orbital du vortex et les directions de propagation et de polarisation par rapport aux axes cristallographiques du LiNbOʒ. Enfin, les résultats obtenus dans le chapitre précédent sont mis à profit pour définir les conditions expérimentales optimales permettant d’obtenir un quasi soliton noir en deux dimensions induisant une structure capable de guider et confiner la lumière dans le matériau. De plus, les premiers résultats expérimentaux de structures guidantes plus complexes induites optiquement avec des vortex de charges multiples sont présentés. Le nouveau modèle numérique développé dans le cadre de cetet thèse peut-être utilisé afin d’étudier de façon plus appronfondie le dynamique des mécanismes de dislocation de vortex liée à la présence de singularités de phases multiples.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 19-12-2008
Salah Abdelkrim
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Le travail de cette thèse est dédié aux problèmes de la gestion thermique de la pile à combustible PEMFC destinée au transport automobile. En effet, 50 % de l’énergie produite par la pile est transformée en chaleur. L’utilisation effective et optimale de la pile nécessite une bonne compréhension du champ thermique afin de contrôler les flux de chaleur qui la traverse. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé l’approche nodale, inspirée de l’analogie thermique-électrique, pour un cas de transfert couplé conduction-convection. Cette approche présente l’avantage d’une part, de présenter le phénomène thermique dans la pile à combustible sans avoir recours au couplage entre codes de calculs, et d’autre part, sa mise en œuvre pour le calcul intensif. Nous montrerons que les temps des simulations sont considérablement réduits. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploité l’approche nodale pour la régulation de la température de la pile. Nous avons obtenu un modèle d état qui révèle un lien bilinéaire entre la variable d’état représentée par la température et les entrées du système. Nous montrerons dans ce travail qu’il est possible de réguler par rétroaction la température de la pile à combustible autour d un point de fonctionnement choisi.
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Université de Franche-Comté
/ 19-12-2008
Paris Mickaël
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L'alimentation en composants est un problème majeur dans la conception des systèmes de production et plus particulièrement d'assemblage. Un système d'alimenation doit garantir la position et l'orientation des composants qu'il fournit au système d'assemblage, quelle que soit la taille des composants. En revanche, le niveau de précision sera généralement d'autant plus important que les composants sont petits. Nos travaux ont été réalisés dans le contexte de I'alimenation en composants de taille millimétrique à microscopique avec des objectifs de modularité et de haute précision de positionnement. La première contribution de la thèse a consisté à élaborer une stratégie pour l'alimentation de haute précision en composants millimétriques pour une architecture ouverte, flexible et standardisée, proposée par un projet européen EUPASS (Evolvable Ultra Precision ASembly System). Un système standard a ainsi été développé. II est modulaire, reconfigirable, précis (au micron) et flexible car reconfigurable pour différents types de composants Sur la base de ces travaux, nous avons étendu notre étude aux systèmes de micro-assemblage (micro-usine). L'objectif était de déplacer dans un plan des micro-objets jusqu'à une position donnée. L'idée retenue se fonde sur l'utilisation des vibrations pour entraîner ces micro-objets par inertie. II a donc été nécessaire de caractériser les interactions entre la surface du système d'alimentation et la surface du micro-objet. Pour cela nous avons élaboré une méthode pour évaluer directement la force concernée.
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Université de Franche-Comté
/ 15-12-2008
David Petr
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Cette thèse aborde une nouvelle méthode de contrôle du bruit en utilisant des changements actifs de l’impédance acoustique sur la frontière du domaine contrôlé. Une étude multidisciplinaire, incluant l’acoustique, l’électrotechnique, le traitement du signal, le contrôle, l’informatique et la modélisation numérique, a permis la conception et la mise en œuvre d’un système efficace et robuste pour atténuer les ondes acoustiques dans une large bande de fréquences par un réseau de transducteurs électrodynamiques distribués. La loi de contrôle théorique a été initialement implémentée dans un modèle éléments finis multi-physique simplifié. Les résultats très prometteurs ont abouti à l’application expérimentale du contrôle centralisé dans un tube de Kundt. Après la validation du bon fonctionnement du dispositif, la conception et la réalisation de cellules indépendantes ont été effectuées pour implémenter le contrôle complètement décentralisé. Chacune de ces cellules possède son propre capteur, actionneur et le microcontrôleur. Une interconnexion appropriée des cellules a permis de réaliser un réseau 2D et d’appliquer l’algorithme de contrôle spatialement distribué. Pour implémenter l’opérateur spatial, chaque cellule nécessite les signaux de cellules voisines. Ce réseau a été implémenté sur deux parois d’un tube de section rectangulaire et le comportement prévu a été de nouveau validé expérimentalement. La robustesse, l’efficacité, la simplicité numérique ainsi que la stabilité de cette nouvelle stratégie montrent le grand potentiel de la méthode et encouragent de nouveaux efforts pour améliorer ce système actif de contrôle du bruit pour une application future dans des turboréacteurs d’avions.
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Université de Franche-Comté
/ 14-12-2008
Matignon Laetitia
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De nombreuses applications peuvent être formulées en termes de systèmes distribués que ce soit une nécessité face à une distribution physique des entités (réseaux, robotique mobile) ou un moyen adopté face à la complexité d'appréhender un problème de manière globale. A travers l'utilisation conjointe de méthodes dites d'apprentissage par renforcement et des systèmes multi-agents, des agents autonomes coopératifs peuvent apprendre à résoudre de manière décentralisée des problèmes complexes en s'adaptant à ceux-ci afin de réaliser un objectif commun. Les méthodes d'apprentissage par renforcement ne nécessitent aucune connaissance a priori sur la dynamique du système, celui-ci pouvant être stochastique et non-linéaire. Cependant, afin d'améliorer la vitesse d'apprentissage, des méthodes d'injection de connaissances pour les problèmes de plus court chemin stochastique sont étudiées et une fonction d'influence générique est proposée. Nous nous intéressons ensuite au cas d'agents indépendants situés dans des jeux de Markov d'équipe. Dans ce cadre, les agents apprenant par renforcement doivent surmonter plusieurs enjeux tels que la coordination ou l'impact de l'exploration. L'étude de ces enjeux permet tout d'abord de synthétiser les caractéristiques des méthodes décentralisées d'apprentissage par renforcement existantes. Ensuite, au vu des difficultés rencontrées par ces approches, deux algorithmes sont proposés. Le premier est le Q-learning hystérétique qui repose sur des agents "à tendance optimiste réglable". Le second est le Swing between Optimistic or Neutral (SOoN) qui permet à des agents indépendants de s'adapter automatiquement à la stochasticité de l'environnement. Les expérimentations sur divers jeux de Markov d'équipe montrent notamment que le SOoN surmonte les principaux facteurs de non-coordination et est robuste face à l'exploration des autres agents. Une extension de ces travaux à la commande décentralisée d'un système distribué de micromanipulation (smart surface) dans un cas partiellement observable est enfin exposée.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM
/ 12-12-2008
Zhang Zhiguo
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Cette thèse concerne l élaboration et la caractérisation de multicouches à base de CrN pour le remplacement du chrome électrolytique. L objectif principal est d élaborer des revêtements, dont les propriétés (structurales, mécaniques, tribologiques, etc ) sont contrôlables par pulvérisation cathodique magnétron. Les structures des dépôts sont caractérisées par diverses techniques telles que la Spectroscopie à Décharge Luminescente (SDL), la Diffraction de Rayons X (DRX), la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), la Microscopie Electronique à Transmission (MET). Les propriétés mécaniques, tribologiques et de corrosion des dépôts sont évaluées en utilisant respectivement un nano-indentateur, des tests de rayure et de pion-disque et des mesures de polarisation dynamique. La première étude concerne la synthèse du nitrure de chrome. Les courbes de la tension de la décharge et de la pression totale en fonction du débit d azote injecté sont utilisées pour prévoir la phase d obtention du nitrure de chrome. L analyse optique par spectroscopie d émission (OES) a permis de corréler le taux d azote dans les revêtements avec la tension de polarisation du substrat. La deuxième étude concerne le système Cr-Zr-N. Dans un premier temps, le zirconium est introduit en solution solide dans CrN pour former CrN(Zr). Des multicouches CrN/ZrN à l échelle nanométrique sont ensuite élaborés avec des périodicités comprises entre 11.7 et 66.7 nm. Concernant la dureté des revêtements, on a montré que CrN(Zr) présente un maximum de dureté de 240 GPa à 1,5 at.% de ZrN. Par ailleurs, les multicouches CrN / ZrN présentent une valeur de dureté constante de 29 GPa. Les essais de corrosion réalisés sur ses dépôts ont montré une bonne stabilité chimique des revêtements et de faibles densités de courant. Du silicium est ensuite ajouté au système multicouche CrN / ZrN. Les revêtements multicouches CrSiN / ZrN et CrN / ZrSiN avec des périodicités différentes sont synthétisés et forment des structures nanocristalline/amorphe. Une amélioration de la tenue à la corrosion pour le système CrSiN /ZrN est observée comparée aux monocouches CrN et ZrSiN. De même, la structure CrN / ZrSiN permet une bonne combinaison de la dureté élevée de ZrSiN et de l excellente résilience de CrN. De plus, on constate que l addition du silicium dans ZrN empêche de manière efficace la corrosion de type piquration.
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Université de Franche-Comté, UFC, UTBM, Northwestern Polytechnical University (Chine)
/ 11-12-2008
Qiu Kepeng
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La thèse concerne les performances de l’analyse et de l’optimisation de structures composites légères du type solides cellulaires et sandwich. Une étude spécifique est consacrée à l’optimisation topologique de solides cellulaires à périodicité. La méthode de super-élément est développée et appliquée à l’analyse statique et dynamique de plaques composites en considérant l’influence de la topologie et des dimensions de cellules périodiques constituant la structure. La méthode multi-phase d’homogénéisation 3D est appliquée pour calculer les propriétés élastiques équivalentes de structures nid d’abeille. Ensuite, une méthode inverse d’homogénéisation est appliquée pour obtenir une configuration de la microstructure. Elle concerne la maximisation de propriétés élastiques ainsi que de conductivités thermiques. L’optimisation topologique est mise en œuvre pour maximiser la rigidité globale des structures cellulaires comprenant les cellules carrées ou cylindriques à symétrie cyclique. Tous les éléments volumiques représentatifs (RVE representative volume element) d’une structure cellulaire périodique sont modélisés en utilisant la méthode de super-élément (SE). La technique de liaison des variables d’optimisation est utilisée pour la périodicité dans les structures optimales. Les différentes configurations optimales RVE-SE étudiées permettent d’illustrer l’influence du paramètre d’échelle entre RVE et SE sur le processus d optimisation. Des relations entre les dimensions d’une cellule et le nombre de cellules dans une plaque avec différentes conditions aux limites et leurs influences sur les solutions optimales en statique et en dynamique sont étudiées.
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