Physique

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Start date: 2010End date: 2019

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    Contribution à l'étude de l'endommagement des matériaux, constituants de machines tournantes, en fonction des paramètres température et fréquence de rotation : application aux roulements
    (2019) Belmiloud, Dalila
    Lors de son fonctionnement, une machine tournante est le lieu de nombreux échanges thermiques et de sources de chaleur. Dans la littérature, les roulements font l'objet d'une attention toute particulière. En effet par leur fonctionnement les roulements ont tendance à produire de la chaleur en raison des frottements entre les différents éléments. Ces frottements se traduisent par de la fatigue qui peut entrainer un arrachement de matière sur les bagues ou les éléments roulants donnant naissance à un écaillage. L'écaillage, à son tour, produit un choc répétitif qui représente une nouvelle source d'énergie thermique. Ce travail propose un modèle physique pour l'étude du réchauffement thermique d'un roulement à billes sain et d’un roulement endommagé en fonctionnement. Celui-ci s’appuie sur une théorie nodale considérant d’abord l'échauffement du roulement par friction et aussi par l'apport de chaleur dû à l'apparition d'un écaillage. La résolution du bilan énergétique est obtenue par la méthode nodale où l'échauffement dû au frottement et la chaleur induite par le passage des billes sur le défaut sont pris en compte. Le modèle thermique proposé est validé par une analyse thermique expérimentale. Les résultats obtenus montrent que la température augmente dans les éléments où le défaut est localisé avec l'augmentation de la vitesse de rotation. Les mêmes résultats sont obtenus quant à l'influence de la charge radiale. Le pronostic de défaillance des roulements peut être considéré comme une solution efficace. La prédiction précise de la durée de vie résiduelle (RUL) des roulements est indispensable pour des opérations sûres et optimisées dans le temps. Une nouvelle méthode, mettant l'accent sur l'analyse des relations de corrélations entre l'indicateur de santé (IH) et la température, est proposée. Nous développons une solution pour l'ensemble de données obtenues sur les roulements dans différentes conditions de fonctionnement et de sévérité des défauts. La performance de la méthode proposée est vérifiée par quatre ensembles de données sur les roulements recueillis dans le cadre d'une installation expérimentale. Les résultats montrent que l'indicateur de santé présenté dans cette thèse présente des valeurs de monotonie et de corrélation assez élevées et il fournit une bonne prédiction de la durée de vie du roulement
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    Effet du gettering étendu sur les métaux de transition 3d dans le silicium multi cristallin destine aux cellules photovoltaïque
    (2019) Khelifati, Nabil
    Le but des travaux de cette thèse vise à approfondir nos connaissances sur les métaux de transition 3d dans le silicium multi-cristallin (Si-mc) de grade solaire (SoG), en mettant particulièrement l'accent sur l'impact d’un procédé gettering étendu par diffusion de phosphore sur ces métaux, d’une part, et sur la qualité électrique du matériau et les performances des cellules solaires AlBSF fabriquées à base de ce matériau, d’autre part. Dans la première partie, nous présentons les formes et les propriétés des métaux de transition 3d dans le silicium, ainsi que l’activité de recombinaison des porteurs associée à ces métaux à leurs états électriquement actifs. La deuxième partie s’articule sur la description de gettering et ses différents mécanismes. Une importance particulière est donnée aux techniques de gettering par ségrégation qui sont fréquemment utilisées dans le domaine de la technologie photovoltaïque. La troisième partie a comme objectif la description des principaux modèles théoriques utilisés dans l’étude de gettering par ségrégation. Elles sont utilisés, par la suite, dans le développement de notre simulateur appelé "GetProg". Après sa validation par des données expérimentales, le simulateur GetProg a été employé dans diverses études, notamment dans (i) l’exploitation de mécanismes de gettering du chrome par la diffusion de phosphore dans le silicium multi-cristallin, et (ii) la simulation de gettering simultané du chrome, du fer et du nickel dans le silicium, en utilisant deux scénarios de Gettering à Multi-Plateaux (GMP). L’objectif de la quatrième partie est l’investigation quantitative de l'efficacité de gettering de fer par ségrégation via l’implantation ionique du phosphore dans le silicium. Cette étude montre dans quelles conditions expérimentales (température et temps), le phosphore implanté induit la ségrégation de fer interstitiel. Sur la base des résultats obtenus, les possibles mécanismes de gettering de fer par le phosphore implanté sont aussi discutés. La dernière partie est consacrée à l’étude de gettering étendu par diffusion de phosphore et son effet sur la qualité électrique du matériau, ainsi que son impact sur les performances électriques des cellules solaires de type Al-BSF. Le matériau de base utilisé dans cette étude est le silicium multicristallin (Si-mc) élaboré par la méthode HEM (Heat Exchanger Method) à notre centre CRTSE. Cette partie commence par une investigation sur l’évolution des activités de recombinaison et de piégeage dans le Si-mc après un procédé gettering étendu effectué à température et temps variables. Un détail particulier est attribué à l’impureté de chrome. Cette investigation est suivie par une étude sur l’efficacité de gettering étendu à température variable dans un matériau découpé de différentes régions du lingot. Cette partie termine par l’application du procédé gettering étendu à deux paliers dans l’amélioration des paramètres électriques des cellules solaires Al-BSF fabriquées au sein de notre centre CRTSE. Les résultats obtenus montrent clairement le potentiel d’un gettering étendu par diffusion de phosphore dans l’amélioration de rendement de conversion des cellules solaires fabriquées d’un matériau de qualité initiale dégradée, d’une part, et l’importance d’une adaptation adéquate d’un procédé gettering aux étapes de fabrication des cellules solaires, d’autre part
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    Elaboration et étude des propriétés structurales et magnétiques des nanomatériaux ternaires FeCoSi élaborés par mécanosynthèse
    (2018) Hocine, Mustapha
    Cette thèse est consacrée à l'élaboration des poudres nanostructurées monophasées (Fe0.7Co0.3)100-xSix (x = 0,5, 10,15 et 20) par mécanosynthèse afin d'étudier l'effet du silicium sur les propriétés microstructurale magnétiques de ces alliages. Une solution solide de Fe (Co, Si) désordonnée avec une structure cristalline cubique centrée (cc) est formée après 72h de broyage pour toutes les compositions. L'addition de Si donne lieu à une diminution progressive du paramètre de maille. Les spectres M?ssbauer révèlent la diminution du champ hyperfin moyen en ajoutant du Si à la composition. Les mesures magnétiques montrent le comportement ferromagnétique des poudres broyées. Pour les poudres nanostructurées (Fe0.7Co0.3)95S5, l'évolution des propriétés structurales, microstructurales et magnétiques en fonction du temps de broyage allant jusqu'à 60 h ont été suivie aux moyen des techniques de caractérisation : MEB, DRX et VSM. L'affinement Rietveld des spectres de diffraction X montre qu'après 12 h de broyage, la solution solide de Fe (Co, Si) était complètement formée. Il est caractérisé par une structure cubique centré avec un paramètre de maille a = 2.86105A ° à 24 h de broyage.. Les cycles d'hystérésis ont confirmé le caractère ferromagnétique des poudres nanostructurées (Fe0.7Co0.3) 95Si5. L'aimantation à saturation tend à être stable pendant un temps de broyage supérieur à 24 heures. La prolongation des temps de broyage conduit à des défauts de structure accumulés qui vont provoquer une augmentation de la valeur de coercivité
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    Etude des propriétés structurales et magnétiques des couches minces de nickel élaborées par électrodéposition sur des substrats semiconducteurs
    (2017) Kacel, Tawous
    Nous avons étudié l'effet du potentiel de dépôt [-2.6 à -1.6 V], de l'épaisseur [50 à 422 nm] et de l'orientation cristallographique du substrat [n-Si (100) et n-Si (111)] sur les propriétés structurales, microstructurales, électriques et magnétiques des couches minces de Ni élaborées par électrodéposition à partir d'une solution aqueuse de sulfate de Ni. Une variation linéaire entre l'épaisseur,t(nm), et le potentiel de dépôt a été obtenue. La direction cristallographique <111> est l'orientation préférentielle obtenue pour tous les échantillons. Pour Ni/n-Si (100), le paramètre de maille,a (?), augment (diminue) de façon monotone lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V (lorsque t augmente). Cependant, nos couches minces sont soumises à des contraintes de dilatation qui relaxent avec l'augmentation de t. Par contre, pour Ni/n-Si (111), nos couches minces sont soumises à des contraintes de compression qui relaxent avec l'augmentation de t lorsque le potentiel dépasse une valeur critique (V_Cr= -2.2 V). Lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V (t diminue), la taille moyenne des grains, D (nm), augmente pour Ni/n-Si (100) et diminue pour Ni/n-Si (111). La morphologie de la surface des échantillons présente une croissance granulaire en forme d'ilots pyramidaux formant des domaines linéaires avec une rugosité de surface,rms (nm), qui varie entre 4,323 et 21,429 nm. Lorsque le potentiel passe de -2.6 à -1.6 V,? R?_? (?) augmente (diminue) avec D (t) pour Ni/n-Si (100) et diminue avec D pour Ni/n-Si (111). Pour les deux séries, la résistivité électrique, ?, est supérieure à ?_(Ni massif). Pour Ni/n-Si (100), une dominance du mécanisme de diffusion aux joints de grains plutôt que le mécanisme de diffusion par la surface a été trouvée. Alors que ? présente une variation aléatoire avec t et D pour Ni/n-Si (111). Pour les deux séries, H_C et? H?_Sat augmentent progressivement avec t , lorsque le potentiel de dépôt passe de -1.6 à V_Cr. Au delà de ce potentiel critique, H_(C//) diminue et? H?_(C?) augmente, alors que H_Sat suit la même évolution que la première. La variation de? H?_C avec D est suit le modèle de Néel pour Ni/n-Si (100) et le modèle de Hoffmann pour Ni/n-Si (111). Pour Ni/n-Si (111), nous avons trouvé que le facteur squareness,S=M_r/M_S, a la même variation que? H?_C, tandis que S pour Ni/n-Si (100) a une variation complexe avec t et D. Les valeurs de K_1eff sont négatives et diminuent avec l'augmentation de t indiquant que l'axe de facile aimantation est plus forte dans le plan pour cette gamme d'épaisseur
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    Dynamique d'aimantation dans les assemblées d'agrégats ferromagnétiques : effets des interactions
    (2017) Brinis, Drifa
    Dans notre travail, nous avons utilisé la technique Monte Carlo afin de simuler l'effet des interactions dipolaires sur le retournement de l'aimantation d'une assemblée de nanoparticules ferromagnétiques. Dans notre modèle, nous avons considéré des nanoparticules à anisotropie uniaxiale, plus précisément le Cobalt. Avec la condition KV/kBT >> 1, le moment magnétique de chaque nanoparticule est figé dans ses positions d'équilibre et il ne peut pas fluctuer autour. Nous avons choisi de faire notre étude par le biais de la susceptibilité alternative car elle apporte l'avantage de pouvoir faire l'étude sur une large gamme de fréquences sans avoir à changer de technique de mesure puisque le temps de mesure est égale à l'inverse de la fréquence du champ appliqué. Nous avons étudié douze types d'assemblées chacune diffère de l'autre soit par sa forme, la distribution spatiale des nanoparticules ou la distribution des axes d'anisotropie. Et nous avons discerné l'influence de chaque paramètre sur l'effet des interactions dipolaires sur le retournement de l'aimantation
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    Etude des propriétés structurales et magnétiques des alliages FePd en couches minces par spectrométrie mِssbauer et diffraction de rayo X
    (2018) Bahamida, Saida
    Dans ce travail, nous nous interessons a lپfetude des proprietes structurales et magnetiques de films deposes sur des substrats de silicium et de verre, qui sont : Fe85Pd15, Fe80Pd20, Fe64Pd36 et Fe56Pd44, ainsi quپfaux correlations qui peuvent etre deduites de ces proprietes. Ces films minces sont elabores par la technique dپfevaporation thermique par effet Joule. Par ailleurs, ces films ont ete analyses par plusieurs techniques, a savoir: la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie electronique a balayage (MBE), la microscopie a force atomique (AFM), la spectrometrie Mossbauer, la magnetometrie SQUID, la magnetometrie a gradient de champ alternatif (AGFM) et la microscopie a force magnetique (MFM). Lپfanalyse de DRX a revele que les echantillons Fe80Pd20, Fe64Pd36 sont bi-phasiques et constitues dپfune phase (Fe,Pd)-ƒ؟ cubique centree (cc) et dپfune phase FePd cubique a faces centrees (cfc). Par ailleurs, les echantillons Fe85Pd15 et Fe56Pd44 se sont averes monophasiques et formes de la phase (Fe, Pd)-ƒ؟, et de la phase FePd respectivement. Concernant les alliages, Fe85Pd15, Fe80Pd20et Fe64Pd36, nous avons trouve, que la phase (Fe, Pd)-ƒ؟ se saturait a 20 % de Pd; et la phase پeFePdپf apparaissait a ce meme pourcentage. Ensuite, lپfalliage Fe56Pd44 depose sur le silicium a subit un recuit isotherme, a 550پ‹C a differents temps de maintien, dans le but dپfinduire une transformation de la phase FePd desordonnee en la phase L10FePd ordonnee. La variation, en fonction du temps, de la fraction transformee de la phase ordonnee, revelee par la DRX et le SQUID, sپfest averee obeir a la loi dپfAvrami. Concernant les proprietes magnetiques, nous avons trouve que lپfalliage Fe64Pd36, etait egalement le siege de la transformation de la phase FePd desordonnee en la phase L10FePd ordonnee. Cette transformation est marquee par lپfexistence dپfun couplage dپfechange entre la phase douce (Fe, Pd)-ƒ؟ et la phase dure L10FePd. Ce phenomene a ete mis en evidence par plusieurs techniques revelant, par exemple, la forme du cycle dپfhysteresis caracterisee par un champ coercitif eleve et une aimantation a saturation élevée.
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    Dépôt et caractérisation des nitrures de molybdène et MoN/CrN en multicouches par pulvérisation cathodique magnétron
    (2017) Bouaouina, Boudjemaa
    Les nitrures des métaux de transition possèdent des propriétés physiques intéressantes dans le domaine de la micro-électronique, opto-électronique et la protection des pièces de l'usure, l'érosion et de l'oxydation. L'objectif de ce travail est d'élaboré et caractérisé les différentes propriétés mécaniques et structurales des films monocouches Mo-N, Cr-N et multicouches Mo2N/CrN déposé par pulvérisation cathodique magnétron. La structure et la microstructure des films été déterminées par la diffraction des rayon X (DRX), microscope électronique à balyage (MEB) et microscope à force atomique (AFM), les propriétés mécaniques sont déterminés par la nanoindentation et mesure de la courbure pour les contraintes résiduelles. Tout d'abord, l'optimisation des conditions de dépôts des films monocouches Mo-N et Cr-N a été effectuée, l'effet de ratio du gaz réactif N2 dans le plasma, l'influence de la température ainsi de la puissance. Les phases dominantes de ces couches minces sont Mo2N et CrN, les revêtements qui présentent de meilleure propriétés de dureté et de module d'Young sont utilisés pour l'élaboration des multicouches, (29, 341 GPa) et (17.5, 251 GPa) respectivement. Ensuite nous avons élaboré et caractérisé des films multicouches Mo2N/CrN à basse et à haute température, avec différentes épaisseur de la période ? ainsi du nombre d'interfaces. La comparaison entre les différentes propriétés des revêtements Mo2N, CrN et Mo2N/CrN nous a permis de conclure que les films multicouches possède des propriétés intermédiaire à celles des films les constituants. Une grande dureté et bon module d'Young 27.5 et 299 GPa repectivement, sont obtenus pour la période ?=10 nm. Une croissance cohérente traduit par la formation d'un superréseau à ?=5 nm
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    Application des méthodes d'analyses par faisceaux d'ions à l'étude du pouvoir d'arrêt et du straggling en énergie des ions lourds traversant des cibles polymériques
    (2018) Dib, Amel
    L'objet de ce travail concerne l'étude du ralentissement des ions lourds traversant des cibles polymériques (Polypropylene, Mylar et le Formvar) de très faibles épaisseurs, on s'intéresse particulièrement à l'étude théorique et expérimentale des deux grandeurs physiques responsables du ralentissement à savoir : le pouvoir d'arrêt et le straggling en énergie. Les ions secondaires (28Si, 27Al, 24Mg, 19F, 16O, 12C et le 7Li) sont produits par l'interaction des ions de Cu+ et du Kr+délivrés par un accélérateur de type Tandem, sur des substrats solides (SiO2, MgO, Al2O3, LiF le Carbone). La technique nucléaire adoptée pour mesurer la perte d'énergie et le straggling des ions de recul (3 ? Z1 ? 29), dans une gamme d'énergie allant de 0.1 à 0.9 MeV/u, est basée sur la combinaison de deux techniques : à savoir, la détection des ions lourds de recul (HI-ERDA) et la spectrométrie par temps de vol (ToF). Les données générées tout au long de ce travail nous permettront d'enrichir la base de données expérimentales (très peu de données sont disponibles dans la littérature dans les composés) et de comparer nos résultats expérimentaux aux théories existantes du ralentissement
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    Elaboration de biocapteurs non-enzymatique de glucose à base de nanostructures de carbone et d’hydroxydes métalliques
    (2017) Belkhalfa, Hakim
    D'énormes efforts ont été mis dans le développement de méthodes efficaces et fiables pour la détection de Glucose. Cependant, à côté de la de détection de glucose, la mise au point d'une matrice qui peut en même temps être utilisé pour le traitement du diabète serait d'un grand intérêt. Dans ce travail on a montré la possibilité de libérer électrochimiquement de l'insuline à partir d'une interface modifiée d'oxyde de graphène réduit par application d'une impulsion de potentiel de Pulse de -0,8 V Pour 30 mn. Les éléctrodes de RGO/ZnO soumises à des tests électrocatalytiques qu’ont été effectués « avec » et « sans » incorporation d’insuline ; dans les deux cas, les résultats de détection non-enzymatique de glucose se sont avérés faibles et nous ont parus non réellement exploitables. Suite à ce résultat, notre travail de recherche s’est orienté vers deux hydroxydes, Co(OH)2 et le Ni(OH)2, dont de récent travaux semblaient indiquer leur aptitude à montrer d’intéressantes activités électrocatalytiques ; restait à prouver leur efficacité dans la détection non-enzymatique de glucose ; ce fut l’objet de la suite de ce travail de recherche. Les résultats obtenus dans le cas de ces deux derniers matériaux se sont avérés très satisfaisants, et ont fait l’objet de deux publications
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    Comportement aéroélastique des grilles d'aubes de compression soumises à des vibrations et en présence d'écoulements instationnaires en fluide compressible
    (2017) Brahimi, Faiza
    Dans le cadre de l'interaction fluide-structure, cette thèse s'intéresse à la problématique globale de la simulation numérique des effets de l'air (fluide) en écoulement autour de profils de compresseur axial, notamment l'apparition d'instabilités aéroélastiques caractérisées par des mouvements oscillatoires auto-entretenus (ou vibrations) des aubes (structure), ainsi qu'à la méthodologie pour la prédiction de ces instabilités qui repose sur trois éléments essentiels : un solveur fluide en domaine déformable, un solveur structure et un algorithme de couplage. L'écoulement est régit par les équations générales de Navier-Stokes qui sont résolues par le logiciel Fluent avec la méthode des volumes finis. La dynamique de la structure a été introduite via des UDF (user define function) compilées au logiciel principal. La structure étant en mouvement rigide, nous avons effectué des simulations numériques en mouvement forcé en translation ou en rotation (le profil d'aube possédant deux degrés de liberté relatifs aux mouvements de flexion et de torsion). Pour simuler le mouvement libre de la structure, la cinématique du mouvement du solide a été décomposée en deux translation (deux degrés de liberté) et une rotation (un degré de liberté) pour un problème bidimensionnel. On s'est basé dans ce travail sur un algorithme modulaire décalé qui permet un échange d'informations entre le fluide et la structure de façon interactive. La mobilité de la géométrie du domaine est construite par déformation du maillage. A cet effet, deux profils d'aubes ont été étudiés pour des régimes de fonctionnement subsonique et transsoniques, le NACA 0012 et le NACA 65-10%. Beaucoup de simulations ont été effectuées et les résultats comparés à d'autres obtenus par ailleurs sont qualitativement et quantitativement très prometteurs. Nous disposons ainsi d'un outil qui permet en particulier de déterminer de façon précise les conditions de fonctionnement pour lesquelles l'instabilité aéroélastique va apparaître ainsi que l'amplitude et la nature des mouvements vibratoires (flottement, cycles limites) afin, soit de les éviter, soit de mieux les contrôler. Cet outil pourra notamment profiter aux constructeurs de turbomachines soucieux des écoulements induisant des vibrations destructives et devant alors disposer d'outils d'analyse de plus en plus fins et précis dés le stade de conception