Dissertations / Theses on the topic 'Bombardement ionique – Modèles mathématiques'

En utilisant les résultats sur l'interaction ion-matière, nous avons modélisé la pulvérisation par faisceaux d'ions d'énergie voisine du keV, dans le regime des collisions linéaires, selon les trois approches suivantes : analytique, semi-empirique et simulée. Des corrections à l'approche analytique ont permis un meilleur accord avec l'expérience. Les predictions de l'approche semi-empirique, confrontées à l'expérience, ont donné des résultats satisfaisants dans le cas des cibles monoéléments. Des listes de paramètres d'entrée, pour le programme de simulation employé, ont été proposées pour des cibles mono-éléments, semi-conductrices et d'oxydes binaires. Un raisonnement itératif simulé, validé par l'expérience, a prévu les cibles stationnaires d'oxydes binaires. Pour prédire les profils d'épaisseur déposée sur des substrats fixes puis mobiles, un modèle simulé s'appuyant sur des considérations géométriques à été mis au point, confronté à l'expérience et a donné des résultats qualitatifs voire quantitatifs très satisfaisants. Le modèle proposé rend possible la recherche d'une géométrie optimale pour la réalisation de dépôt de couches minces très homogènes en épaisseur sur des substrats de diamètres élévés dans les techniques I. B. S. Et D. I. B. S.

On présente un ensemble de modèles mathématiques, continus et numériques visant a simuler la physique complexe du fonctionnement, dans ses différents modes, d'un four de stockage de tritium. Le gaz réactif est entraîné par un mélange gazeux dans le milieu poreux avec lequel il réagit, en absorbant ou libérant de l'énergie. Les phénomènes mécaniques, thermiques, chimiques, sont non-lineaires et couples. Apres avoir pose le problème industriel on expose sa modélisation physicochimique. On en dérive ensuite les modèles mathématiques continus (multicouches, monocouche qui est une simplification du premier ). Le modèle le plus réaliste (dit multicouches puisque contenant cinq domaines, trois volumes, et treize frontières) est un système non-linéaire couplant essentiellement des équations paraboliques, paraboliques dégénérées, et des équations hyperboliques non-lineaires. On établit des propriétés de conservation de ces modèles, en mettant l'accent sur le traitement des frontières entrantes pour les équations hyperboliques non-lineaires. Les modèles numériques en sont déduits, via une discrétisation spatiale 2d par une méthode de volumes finis, et une discrétisation temporelle, semi-implicite, decentrée-amont. On obtient des schémas linéaires en linéarisant également les conditions de transmission, ou de Neumann, non linéaires. On établit ensuite les propriétés de conservation de la positivité, des maxima, de ces schémas numériques; ainsi que la faisabilité des calculs des variables principales. Les contraintes à imposer au pas de temps, afin de le déterminer dynamiquement, sont établies chemin faisant. On met en évidence la nécessité d'affiner les lois phénoménologiques et d'approfondir l'étude mathématique du modèle continu. Ce travail se termine par : d'une part, la décomposition d'un pas de temps et l'exposé détaillé de certaines phases de l'algorithme, en particulier, de la méthode de calcul des variables principales, masses volumiques et températures, simultanément dans tous les domaines et volumes; et, d'autre part, la présentation commentée de résultats d'expériences virtuelles

Dans ce travail, nous presentons un nouveau modele pour expliquer l'origine des raies d'absorption infrarouge obtenues soit par dopage soit par effet photoinduit dans le polyacetylene (pa). Nous avons mis en evidence pour la premiere fois la sensibilite de la frequence du mode de goldstone aux valeurs des parametres utilises. Nous montrons alors qu'il est difficile de baser une interpretation des resultats experimentaux seulement sur les proprietes de ce mode. Pour les chaines neutres, nous avons developpe des modeles pour le cis et le trans prenant en compte la structure zig-zag de la chaine et la presence du couplage electrons-phonons. Nous etudions un nouveau type de defaut: le defaut cis-trans (dct) et nous montrons que ce type de defaut permet d'expliquer l'origine de certaines raies actives en infrarouge apparues dans l'isomere trans neutre. Pour etudier l'activite infrarouge du pa dope en presence du couplage electrons-phonons, nous avons calcule a l'aide des techniques de temps imaginaire le tenseur de conductivite a 2d. Nous avons applique ces resultats au calcul de la conductivite du polyacetylene dope en presence de solitons et d'antisoliton. Nos resultats sont en parfait accord avec les resultats experimentaux. Pour l'effet photoinduit, nous montrons que le dct permet une dissociation des effets du soliton et de l'antisoliton et retablit une activite infrarouge

Ce mémoire comprend 7 chapitres. Les trois premiers correspondent à une étude bibliographique et à la recherche d'un modèle utilisable. Dans le chapitre IV sont exposées les conditions expérimentales de l'étude : géométrie des pièces, choix et composition des aciers, caractéristiques métallurgiques et structurales des aciers. L'étude expérimentale couvre la totalité du chapitre V et est structurée autour de quatre axes principaux : domaine de trempabilité, influence de la densité d'énergie et du temps de traitement sur la profondeur trempée et microstructures de trempe. Il ressort de l'étude expérimentale que les profondeurs durcies dépendent de la composition chimique de l'acier et de la valeur de la température d'austénitisation, ainsi que de la vitesse de diffusion du carbone. L'examen métallographique permet en fonction des cinétiques d'évolution de remonter aux températures des isothermes correspondant aux points de transformation AC1 et AC3. Dans le chapitre VI une approche théorique du problème de transfert de chaleur en régime instationnaire est envisagée sur la base d'un modèle analytique et d'un modèle numérique. Dans le dernier chapitre sont présentés les résultats de cémentation qui montrent que les profondeurs cémentées restent faibles.

La modélisation des propulseurs ioniques de type SPT pose de nombreux problèmes dans le domaine du transport des particules chargées. Nous nous intéressons à deux de ces problèmes, à savoir le transport des électrons et le calcul du potentiel électrique. Nous avons participé au développement d'un modèle SHE (Spherical Harmonics Expansion) qui résulte d'une analyse asymptotique de l'équation de Boltzmann munie de conditions de réflextion aux bords. Ce modèle permet d'approcher la fonction de distribution en énergie des électrons en résolvant une équation de diffusion dans un espace{position, énergie}. Plus précisement, nous avons étendu une démarche existante au cas où les collisions en volume (excitation, ionisation) et les collisions inélastiques à la paroi (attachement et émission secondaire) sont prises en compte. Enfin, nous avons écrit un code de résolution du modèle SHE, dont les résultats ont été comparés avec ceux d'une méthode de Monte Carlo. Nous obtenons un bon accord entre les deux modèles alors que le temps d'exécution du code SHE est plusieurs centaines de fois plus court que celui du Monte Carlo (quelques minutes contre plusieurs heures). Dans un deuxième temps, nous avons étudié le calcul du potentiel électrique. La présence du champ magnétique impose d'écrire le courant d'électrons sous la formeÁ =-sÑ W où W est le potentiel électrique et le tenseur de conductivité s est fortement anisotrope compte tenu des grandeurs physiques en jeu dans le SPT. Pour résoudre div (Á) = S, nous avons implémenté une méthode de volumes finis et nous avons vérifié qu'elle échouait lorsque le rapport d'anisotropie devenait grand. Aussi nous avons développé une méthode de paramétrisation, qui consiste à extrapoler la solution d'un problème anisotrope à l'aide d'une suite de problèmes isotropes. Cette méthode a donné des résultats encourageants pour de forts rapports d'anisotropie, et devrait nous permettre d'atteindre des cas réels
The modelling of the ionic thruster belonging to the SPT class raises many problems of plasma physics. We studied two of them, namely the electron transport and the computation of the electric potential. The electron transport is subject to the influence of the fields (magnetic and electric) set in the channel of the thruster on the one hand, and to the collisions of electrons with heavy species and at the walls on the oher hand. We participated to the development of a SHE model, wich is derived by performing an asymptotic analysis of the Boltzmann equation with a condition that models the reflection at the walls. This model allow to approximate the Electron Energy Distribution Function by solving a diffusion equation in the {position, energy} space, whose scales are macroscopic. More precisely, we extended an existing approach to the case where scattering against atoms are taken into account, as well as inelastic collisions at the walls. Then we compared the implementation of this model tot the results of a Monte Carlo simulation. We obtain similar results at a very reduced computational cost. This work lead to three publications, which are incorporated to the thesis. In a second stage, we studied the computation of the electric field in two dimensions. Due to the presence of a magnetic field, this problem gives rise to an anisotropic elliptic problem. Furthermore, the conductivities along the magnetic field and across the magnetic field lines can differ by several orders of magnitude. We implemented a finite volume scheme and we showed the numerical difficulties raised by such anisotropies. Hence, we improved this method by relating the solution of a highly anisotropic problem to a sequence of isotropic problems. This method proved to behabe well and we should be able to treat realistic cases shortly

L'interaction entre un plasma et une paroi est étudiée au moyen d'une modélisation cinétique de type Vlasov-Poisson. Celle-ci est particulièrement bien adaptée pour les plasmas à basse pression, tels que ceux employés en fusion ou en gravure. A l'aide de calculs analytiques ou numériques, nous modélisons les perturbations que provoque une surface solide sur un plasma en vue d'améliorer la mesure de la température des ions. En premier lieu, nous montrons comment corriger de façon significative les mesures par sondes en tenant compte de leur propre interaction avec le plasma. En second lieu, nous mettons en évidence une large surestimation des mesures par fluorescence induite par laser lorsque la résolution spatiale n'est pas suffisante (ce qui est souvent le cas à proximité d'une paroi). Nous terminons cette étude en proposant une méthode de déconvolution des mesures spectroscopiques afin de remédier à ce problème tout en conservant le même appareillage
The plasma-wall interaction is studied by means of a kinetic model based on the Vlasov-Poisson equations. This model is particularly relevant to low pressure plasmas, such as those used in fusion or surface etching. With the help of analytical and numerical computations, we model the perturbations induced by a solid surface on a plasma in order to improve the ion temperature measurements. Firstly, we show how to significantly correct the measurements from probes by taking into account their own interaction with the plasma. Secondly, we point out the overestimation of the measurements from laser induced fluorescence when the spatial resolution is too low (which is usually the case in the vicinity of a surface). So as to remedy this problem without changing the apparatus, we give a method to achieve a deconvolution of the spectroscopic measurements

Ce projet vise l’étude de la focalisation d’un faisceau ionique à la pression atmosphérique. Les sources ioniques récentes fonctionnent à cette pression et la région de dérive séparant la région d’ionisation de l’entrée du spectromètre de masse est telle qu’une importante partie du signal produit est perdu avant son introduction dans le spectromètre de masse. La source LDTD ionise les analytes par une décharge couronne qui est produite par une pointe à haute tension. Le champ électrique généré par cette configuration tend à grandement disperser les ions. Pour limiter cette dispersion et focaliser une plus grande partie du signal produit au centre, des lentilles électrostatiques annulaires minces ont été introduites dans la région de dérive. Des simulations ainsi que des expériences réalisées sur un montage, nous ont permis d’observer une focalisation d’un faisceau ionique. Les résultats expérimentaux ont corroboré les résultats obtenus en simulation.

Ce memoire porte sur l'etude de systemes autocontraints gaas-(ga,in)as. Il apporte aussi une approche globale de l'interaction coulombienne entre particules chargees (exciton) dans des systemes dits de type ii. Differentes approches correspondant a des modeles mathematiques sont proposees pour la resolution du probleme excitonique. Nous montrons que la notion de type i ou ii d'une transition est difficile a cerner en general et requiert pour etre bien traitee l'usage de theories sophistiquees. L'effet d'un champ electrique sur les proprietes optiques de structures simple et double puits quantiques est etudie theoriquement et le probleme du temps de piegeage des particules dans ces structures polarisees est aborde. Nous suggerons comment ajuster en theorie les proprietes optiques d'une structure en jouant sur la largeur de ses couches et la direction de croissance. Finalement, nous avons compare les resultats theoriques avec l'experience et trouve un accord satisfaisant entre eux en utilisant les techniques de spectroscopie optique classique

L’implication de la ségrégation induite par l’irradiation (SIR) dans la majorité des mécanismes de dégradation des composants du cœur des réacteurs nucléaires en aciers inoxydables austénitiques est avérée. Aux températures de fonctionnement des réacteurs actuels et possibles prototypes du futur, les éléments chimiques des pièces métalliques des structures internes se redistribuent de manière hétérogène en ségrégeant sur les défauts préexistants et nouvellement créés par l’irradiation. L’intensité des enrichissements ou des appauvrissements locaux dépendent, entre autres, de la nature de l'élément et du défaut concerné. Si les différents mécanismes de ségrégation sont aujourd’hui bien identifiés, leur cinétique et leur degré d’implication respectifs sont encore peu renseignés. En effet, les modèles théoriques actuels de la SIR souffrent d'un manque de données expérimentales. Ces deux aspects sont le moteur de cette étude. Dans un premier temps, les cinétiques d'interdiffusion après vieillissement thermique et sous irradiation ont été déterminées dans des alliages modèles du système Fe-Ni-Cr. L'effet de l'irradiation sur la diffusion a été étudié à 440°C. A cette température les coefficients de diffusion sont faibles et les méthodes classiques d'étude de la diffusion ne permettent pas d'y accéder dans un délai raisonnable. La mise en œuvre expérimentale de la méthode des multicouches à période nanométrique dans des alliages binaires et ternaires a montré, dans ce cas, des résultats encourageants. Toutefois, des divergences entre les résultats expérimentaux et les prévisions théoriques ont révélé la nécessité d'optimiser ces deux approches. Dans le cadre de cette étude, des recommandations ont été formulées pour tenir compte de l’impact de la microstructure et du choix des conditions de vieillissement sur les cinétiques effectives mesurées. Les expériences réalisées sur des alliages modèles offrent l’intérêt de pouvoir être directement confrontées à la simulation. Néanmoins, les aciers de l’industrie nucléaire contiennent une grande variété d'éléments d'alliage minoritaires et d'impuretés qui jouent un rôle clé sur le comportement des éléments impliqués dans la SIR. Ainsi, dans un second temps, une étude de la SIR sur différents défauts intragranulaires d'un acier inoxydable austénitique optimisé, un 316L(N) a été réalisée. Pour cela, des techniques couplées et corrélées à l'échelle nanométrique (Sonde Atomique Tomgraphique et Miscroscopie Electronique en Transmission) ont été mises en place. La complémentarité des techniques a rendu possible l'association des enrichissements locaux observés à la cristallographie des défauts concernés. Des tendances singulières de SIR ont été observées selon l'élément et la nature du défaut impliqués. Une teneur plus élevée en azote et en niobium dans la composition nominale de l'acier a entrainé la précipitation de phase Z primaire. La stabilité de cette phase sous irradiation dans les aciers inoxydables austénitiques a pour la première fois pu être étudiée
Radiation induced segregation (RIS) is a process identified to be involved in most of the degradation mechanisms of austenitic stainless steels core components of nuclear reactors. During irradiation within the operating temperature range of present and possible prototypes of future reactors, chemical elements of reactor internal metallic components redistribute heterogeneously and segregate on the pre-existent and newly created defects. Local enrichments or depletions levels depend, inter alia, on the element and nature of the defect affected. While mechanisms involved in RIS have already been identified, their kinetics and mutual weigh are still poorly known. Indeed, current theorical models of RIS suffer from a lack of experimental data. These two aspects motivated this study. First, by the determination of interdiffusion kinetics after thermal ageing and under irradiation on model alloys in the Fe-Ni-Cr system. Irradiation effect on diffusion have been studied at 440°C. At this temperature, conventional methods to study diffusion fail to give access to such slow kinetics under reasonable time. Experimental implementation of the nanolayers method on binary and ternary alloys gave, in this case, encouraging results. However, discrepancies between experiments and predictions revealed the need of optimizations on both sides. In the framework of this study, recommendations have been established to account for the effect of the microstructure and the selected ageing conditions on measured effective kinetics. Experiments on model alloys have the great interest to be directly confronted to simulation. Nevertheless, nuclear steels contain a large variety of minor alloying elements and impurities which have shown to play a key role on RIS behaviour. Thus, in a second part, RIS study on various bulk defects of an optimized nuclear austenitic stainless steel, a 316L(N) has been performed. Consequently, nanoscale coupled and correlated techniques (Atom Probe Tomography and Transmission Eelectron Microscopy) have been implemented. Techniques complementarity offered the possibility to associate enrichments to defect crystallography and revealed singular tendencies of RIS depending on the element and the defect involved. Furthermore, a higher nitrogen and niobium content in the steel nominal composition formed primary Z-phase, its stability under irradiation had also been for the first time studied in austenitic stainless steels

L’effet Biefeld-Brown, du nom de ses découvreurs dans les années 1920, désigne la force électrohydrodynamique (EHD) s’appliquant sur deux électrodes sous haute tension dans l’air. Si l’origine de cette force a pu faire l’objet de certaines spéculations, il est aujourd'hui admis qu’elle repose sur l’accélération par un fort champ électrique d’un volume d’air partiellement ionisé. Cet effet aussi appelé vent ionique intéresse diverses applications : contrôle actif d’écoulement, augmentation du transfert de chaleur par convection forcée, séchage de denrées alimentaires ou encore la propulsion. Cette thèse, présente une étude expérimentale, théorique et numérique du vent ionique dans une configuration modèle à deux électrodes parallèles. Le faible rendement du vent ionique l’a écarté des applications à la propulsion mais des expériences récentes menées en 2013 montrent qu’il permet d’atteindre un rapport poussée/puissance étonnement élevé. Nous montrons dans une première partie, à partir de mesures et de considérations aérodynamique générales que la poussée générée pourrait suffire à contrebalancer la force de traînée pour certains aéronefs ultra-légers. Ces mesures ont permis de quantifier la force EHD et sa dépendance avec la géométrie des électrodes. En outre, la meilleure configuration à deux collecteurs peut produire une poussée presque deux fois plus importante qu’une configuration avec un seul collecteur, à tension fixée. Ces premiers résultats ont été affinés dans un second temps par les mesures PIV qui ont permis la reconstruction de l’écoulement et du champ de force entre les électrodes. Les vitesses mesurées dépassent rarement 3 m/s, et la force volumique est de l’ordre de 10 N/m 3. L’origine physique de la configuration optimale à deux collecteurs a été éclaircie par la mise en évidence des structures de sillages et de leurs effets instationnaires. Par ailleurs, une analyse théorique générale de la force propulsive nous a permis de confirmer sa dépendance explicite avec le rapport courant sur mobilité ionique. Le courant étant directement lié à la physique de la décharge couronne, la seconde partie de la thèse s’est concentrée sur son analyse théorique et numérique. Une analyse asymptotique a ainsi permis de trouver une expression analytique du champ électrique critique et de la caractéristique courant-tension permettant de connaître l’influence de la densité du gaz et de sa composition sur le courant produit dans des électrodes concentriques. Cette approche asymptotique a été associée à une formulation de décomposition de domaine dans le cadre d’une discrétisation par éléments finis pour analyser des configurations plus générales. Une résolution itérative du système d’équations stationnaires non-linéaire couplées par méthode de Newton est proposée, testée et validée. Cette méthode peut être étendue à des géométries plus complexes, permettant ainsi d’obtenir une condition d’injection des charges prenant en compte la physique complexe de la décharge
The Biefeld-Brown effect, named after its discoverers in 1920s, stands for the electrohydrodynamic (EHD) force applied on two high voltage electrodes in air. The origin of this force has been subject to controverse, but it is establised that it relies on the acceleration of ionized air by a strong electric field. Numerous applications are associated with ionic wind : active flow control, heat transfer enhancement, food drying or even propulsion. At the first glance, the low efficiency is unattractive for propulsion. However recent experiments highlighted a surprisingly high thrust/power ratio. This PhD research aimed to better understand the phenomena, through experiments and theoretical or numerical analysis. First, an experimental study was carried out to quantify the EHD force and its variations with the geometry of the electrodes. For instance, the best position of two collecting electrodes could produce nearly twice more thrust than the one collector configuration, for a given applied voltage. Considering the mass and the aerodynamic of some already existing very light aircrafts, it is shown that the produced thrust could at most balance the aerodynamic drag. This first results were enhanced by PIV measurements, which gave deeper insight into the flow and the force field between the electrodes. The air speed recorded was at most around 3 m/s, while the volumetric force of the order of 10 N/m3. The physical explaination of the optimal two collectors configuration relied partially on the wake flow structures and their unsteady effects. Then, a theoretical analysis of the propulsive force confirmed its explicit dependence on the current to mobility ratio. The discharge current being determined by the corona discharge physics, the second part of this work focuses on its theoretical and numerical analysis. An asymptotic approach of the corona discharge for concentric cylindrical electrodes led to an explicit expression of both the onset surface electric field and the current-voltage law as functions of the gas density, the effective ionization coefficient and the electrodes size. This asymptotic approach was reformulated in the frame of a domain decomposition method, implemented numerically with a finite elements discretization, in order to generalize the asymptotic approach. The iterative algorythm for the steady non-linear coupled system of equations is based on Newton method. This method provides a physically relevant boundary condition for the charge injection and can be applied to more complex geometries

Dans le contexte actuel, les ressources en énergie fossiles diminuent et deviennent de plus en plus couteuses, se pose aussi le problème de l’environnement. Dans ce cadre, les piles à combustible à oxydes solides (Solid Oxide Fuel Cell en anglais, SOFC) sont une source d’énergie propre et alternative très prometteuse. Utilisé de façon réversible, ce système peut également permettre le stockage de l’électricité produite de façon intermittente via l’électrolyse de l’eau. Néanmoins, plusieurs verrous technologiques restent encore à lever en matière de performances et de durabilité des matériaux actuellement utilisés, notamment pour ce qui concernent les matériaux d’électrode. Dans ce travail de thèse de doctorat, notre contribution a porté sur deux matériaux de cathode de SOFC, Ba2Co9O14 et Ca3Co4O9+δ, et des composés dérivés de La4Ti2O10 pouvant présenter un intérêt comme matériau d’anode. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la compréhension des mécanismes physico-chimiques intervenant au sein de ces matériaux en faisant appel à la spectroscopie d’impédance. Pour les cobaltites, cette étude a permis de mettre en évidence les paramètres limitants les performances électrochimiques. Elle aidera à l’optimisation de futures cellules complètes plus performantes. Pour les phases dérivées de La4Ti2O10, une étude par diffusion des neutrons a permis de confirmer les mécanismes de diffusion de l’oxygène au sein de ces matériaux. Leurs conductivités et propriétés catalytiques restent néanmoins insuffisantes pour pouvoir espérer les utiliser comme matériau d’anode, au contraire d’autres titanates de lanthane de structure perovskite lamellaire
In the current context, fossil energy resources decrease and become more expensive, in addition to environmental concern. In this frame, solid oxide fuel cells (SOFC) are a promising green alternative energy source. Reversibly used, this system can also allow storage of electricity produced intermittently through the electrolysis of water. However, several bottlenecks still remain in terms of performances and stability of materials currently used to improve their lifetime and decrease their working temperature. In this doctoral thesis, our contribution focused on two cathode materials for SOFCs, Ba2Co9O14 and Ca3Co4O9+δ, and compounds derived from La4Ti2O10 which may be relevant as anode material. Our study mainly focused on the understanding of the physicochemical mechanisms involved in these materials by using impedance spectroscopy. For cobaltites, this study has led to the identification of the limiting parameters and will help the future optimization of complete stacks with better performances. For the La4Ti2O10 derived phases with the cuspidine structure, a neutron scattering study confirmed the oxygen diffusion mechanisms in these materials. However, their conductivity and catalytic properties remain insufficient to hope to use these compounds as SOFC’s anode, unlike other lanthanum titanates which display a layered perovskite structure

La prise et le durcissement des matériaux de Génie Civil (plâtre, C-S-H) reposent sur des interactions entre cristaux et solutions ioniques. Ces interactions mettent en jeu des équilibres entre phases, leurs frontières (dites périphases) et des phases confinées entre périphases (dites interphases). La partie 1 "Concepts, méthodes et outils" introduit tout d'abord le concept phéno-corpusculaire proposé pour l'étude de ces équilibres, irréductibles à une approche macroscopique via la physique statistique, et d'autre part encore inabordables par la seule voie corpusculaire. Parmi les méthodes originales présentées, la méthode SASP ouvre la voie phéno-corpusculaire en physico-chimie; puis est proposée la méthode OPTASYM pour définir les positions d'atomes H inconnus dans certaines cristaux; enfin est exposée la méthode CAC exploitant simultanément expérience et simulation AFM. Quant aux outils numériques originaux, ils sont essentiellement dévolus au traitement conjoint cristal/solution, encore embryonnaire en modélisation moléculaire. La partie 2 "Equilibre massique de phases, périphases et interphases" s'attache tout d'abord à l'élaboration de structures atomiques complètes de cristaux (gypse, ettringite, thaumasite), de structures de molécules et ions, et de structure de solution grâce à la méthode SASP qui débouche numériquement sur la relation fondamentale concentrations/potentiels chimiques. Ces structures étant définies, leurs interactions sont d'abord traitées par docking entre faces cristallines et molécules ou ions. Puis l'interaction cristal/solution/cristal est présentée via SASP dans le cas d'une solution saturée de gypse. D'où, pour la première fois, l'obtention de la structure d'une interphase d'épaisseur < 1 nm. La partie 3 " Equilibre mécanique de phases, périphases et interphases " présente, tout d'abord, une étude critique de l'estimation par modélisation moléculaire des contraintes totales de cristaux et solutions ioniques. L'introduction du calcul des contraintes partielles, inabordable expérimentalement, est fort prometteuse pour relier résistance à rupture macroscopique et structure atomique. L'équilibre mécanique entre phases, périphases et interphases est tout d'abord examiné en déplacement normal jusqu'à rupture d'adhésion, pour divers couples de faces (120), (010) ou (-101), la solution interphase (CaSO4, CaCl2 ou Na2SO4) étant en situation ionique non équilibrée (pour simuler des états transitoires ou isolés) avec éventuellement de l'acide citrique. Puis cette étude est reprise en situation ionique équilibrée, via la méthode SASP, pour les faces (120) du gypse en solution saturée. Enfin une première illustration de cisaillement est donnée dans le cas d'interphase (120), en solution CaSO4 non équilibrée avec acide citrique. La conclusion souligne les avancées de ce travail en modélisation atomique de solution en présence de cristal, ainsi que ses perspectives placées dans l'optique générale phéno-corpusculaire
The setting and hardening of materials used in civil engineering (plaster, C-S-H) are based on interactions between crystals and ionic solutions. These interactions involve equilibriums between phases, their boundaries (referred to as periphases) and phases confined between periphases (referred to as interphases). Part 1, "Concepts, methods and tools", first introduces the pheno-corpuscular concept proposed for the study of these equilibriums that cannot be addressed in a macroscopic approach via the statistical physics or in a corpuscular approach alone. Among the original methods presented, the SASP method opens up the pheno-corpuscular pathway in physicochemistry; then is presented the OPTASYM method using molecular modelling to propose positions of H atoms unknown in certain crystalline structures; finally is exposed the CAC method based on a simultaneous use of AFM experiment and simulation. The original numerical tools are mainly devoted to joint crystal/solution processing, an area that is still at its beginnings in molecular modelling. Part 2, "Mass equilibrium of phases, periphases and interphases" first addresses the build-up of complete crystal atomic structures (gypsum, ettringite and thaumasite), of molecules and ions structures and of solution structures, the SASP method leading numerically, in this last case, to the fundamental relation between concentrations and chemical potentials. Once these structures have been defined, their interactions are first handled by docking between the crystalline faces and molecules or ions. The crystal/solution/crystal interaction is then presented using SASP, in the case of a saturated solution of gypsum. Whence, for the first time, the structure of an interphase of thickness < 1 nm. Part 3, "Mechanical equilibrium of phases, periphases and interphases", consists, first of all, of a critical study of estimation by molecular modelling of the total stresses of ionic crystals and solutions. The introduction of calculation of partial stresses, which cannot be performed by experiment, is particularly promising for linking macroscopic failure strength and atomic structure. Mechanical equilibrium between phases, periphases and interphases is first examined in normal displacement of various pairs of faces (120), (010) or (-101) until adhesion failure, the solution interphase (CaSO4, CaCl2 or Na2SO4) being in a non-equilibrium ionic situation (to simulate transitory or isolated states), possibly with citric acid. The study is then repeated in an equilibrium ionic situation using the SASP method for the gypsum faces (120) in a saturated solution. Finally, a first illustration of an interphase shearing is given in the case of faces (120), with a non-equilibrated solution of CaSO4 and citric acid. The conclusion underlines the progress made in this work on crystal/solution atomic modelling and its prospects within the overall pheno-corpuscular approach

Le travail presente dans ce memoire s'inscrit dans le cadre du test sans contact des circuits integres cmos. Il concerne l'etude du latchup par microscopie electronique a balayage et microscopie a emission. Apres avoir fait le point sur le deverrouillage des dispositifs cmos par ses structures bipolaires parasites, les differents modes de declenchement sont analyses. Nous proposons deux nouvelles modelisations pour la caracterisation electrique du phenomene. La premiere concerne le regime statique et se traduit par un nouveau critere d'apparition de l'instabilite. La seconde concerne le regime dynamique et conduit a un critere de declenchement faisant intervenir les principaux parametres de la structure. Les mesures effectuees sur des vehicules de test fabriquees en technologies industrielles (1,5 et 2 m) valident ces modelisations. En caracterisation interne, nous montrons dans quelles mesure une irradiation electronique peut avoir un role actif sur la sensibilite au latchup d'un dispositif cmos lors de son test par faisceau d'electrons. Une modelisation de cette interaction nous conduit aux conditions optimales d'observation. Nous mettons en evidence les deux parametres cles que sont la dose d'electrons incidents et le champ d'extraction et determinons les valeurs critiques qui permettent un controle du declenchement du phenomene. Cette interpretation a ete validee sur les vehicules de test. Dans la suite, nous appliquons les methodes precedentes pour observer le developpement du latchup par microscopie electronique a balayage et microscopie a emission. Les resultats obtenus sur les vehicules de test et un microcontroleur sont presentes. Les possibilites temporelles et spatiales de chacune de deux methodes sont mises en evidence

Ces travaux de recherche sont consacrés à la détermination des données de base ioniques dans des gaz et des mélanges de gaz atmosphériques et à la simulation numérique du transport des particules chargées dans les plasmas froids hors équilibre. Concernant les données de base ioniques, il s'agit de déterminer le potentiel d'interaction, les jeux de sections efficaces de collision des processus élastiques et inélastiques et les coefficients de transport (vitesse de dérive, mobilité, coefficients de diffusion et de réaction) spécifiques pour chaque système ion-molécule intervenant dans les gaz d'échappement contenant N2, O2, CO2 et H2O. A partir d'un modèle de potentiel d'interaction (n-4) core développé et adapté pour les systèmes polyatomiques aussi bien polaires que non polaires, les sections efficaces de collision ont été calculées pour les ions positifs et négatifs (N2+, O2+, CO2+, H2O+ et O-) dans leur gaz parent et non parent selon un formalisme semi-classique basé sur l'approximation de JWKB pour le calcul du déphasage. .
These research works are devoted to the determination of ion swarm basic data in gases and atmospheric gas mixtures and to the numerical simulation of charged particles transport in cold non thermal plasmas. With regard to the ion swarm data, it concerns the determination of the interaction potential, the collision cross section sets of both elastic and inelastic processes and the transport coefficients (drift velocity, reduced mobility, diffusion and reaction coefficients) specific for each ion-molecule system in flue gases including N2, O2, CO2 and H2O molecules. .

Le progrès technologique nécessite des techniques de plus en plus sophistiquées et précises de traitement de matériaux. Nous étudions le traitement de matériaux par faisceaux de haute énergie : un jet d’eau abrasif, une sonde ionique focalisée, un laser. L’évolution de la surface du matériau sous l’action du faisceau de haute énergie est modélisée par une EDP. Cette équation contient l’ensemble des coefficients inconnus - les paramètres de calibration de mo- dèle. Les paramètres inconnus peuvent être calibrés par minimisation de la fonction coût, c’est-à-dire, la fonction qui décrit la différence entre le résultat de la modélisation et les données expérimentales. Comme la surface modélisée est une solution du problème d’EDP, cela rentre dans le cadre de l’optimisation sous contrainte d’EDP. L’identification a été rendue bien posée par la régularisation du type Tikhonov. Le gradient de la fonction coût a été obtenu en utilisant les deux méthodes : l’approche adjointe et la différen- ciation automatique. Une fois la fonction coût et son gradient obtenus, nous avons utilisé un minimiseur L-BFGS pour réaliser la minimisation.Le problème de la non-unicité de la solution a été résolu pour le problème de traitement par le jet d’eau abrasif. Des effets secondaires ne sont pas inclus dans le modèle. Leur impact sur le procédé de calibration a été évité. Ensuite, le procédé de calibration a été validé pour les données synthétiques et expérimentales. Enfin, nous avons proposé un critère pour distinguer facilement entre le régime thermique et non- thermique d’ablation par laser
The technological progress demands more and more sophisticated and precise techniques of the treatment of materials. We study the machining of the material with the high energy beams: the abrasive waterjet, the focused ion beam and the laser. Although the physics governing the energy beam interaction with material is very different for different application, we can use the same approach to the mathematical modeling of these processes.The evolution of the material surface under the energy beam impact is modeled by PDE equation. This equation contains a set of unknown parameters - the calibration parameters of the model. The unknown parameters can be identified by minimization of the cost function, i.e., function that describes the differ- ence between the result of modeling and the corresponding experimental data. As the modeled surface is a solution of the PDE problem, this minimization is an example of PDE-constrained optimization problem. The identification problem was regularized using Tikhonov regularization. The gradient of the cost function was obtained both by using the variational approach and by means of the automatic differentiation. Once the cost function and its gradient calculated, the minimization was performed using L-BFGS minimizer.For the abrasive waterjet application the problem of non-uniqueness of numerical solution is solved. The impact of the secondary effects non included into the model is avoided as well. The calibration procedure is validated on both synthetic and experimental data.For the laser application, we presented a simple criterion that allows to distinguish between the thermal and non-thermal laser ablation regimes