Academic literature on the topic 'Matériaux mésoporeux – Effets de la température sur'

Certains catalyseurs (AICh, HF, H2S04, etc.) utilisés abondamment dans l' industrie sont généralement corrosifs et toxiques. D' autres, telles "que les zéolithes et les résines polymériques, n'ont pas ces inconvénients et permettent en plus de profiter des avantages de la catalyse hétérogène. Cependant, la faible ouverture de pores des zéolithes ± 1.3 nm) est un réel désavantage, susceptible de causer des limitations diffusionnelles et même l' obstruction de leurs pores, se traduisant par une faible activité catalytique et souvent une désactivation. Les applications des résines polymériques acides sulfoniques telles que les Amberlyst ou les Nafion sont limitées à cause de leur faible surface spécifique et surtout leur faible stabilité thermique (120°C par exemple pour l'Amberlyst- 15).Au début des années 90, le groupe de recherche de Mobil [Kresge et al., 1992] a synthétisé la première série de matériaux mésoporeux (M41 S). Deux autres grandes familles de matériaux mésoporeux (non siliciques et hybrides) ont vu le jour quelques années plus tard. Comme leurs homologues purement siliciques, les matériaux mésostructurés hybrides présentent une surface spécifique élevée ainsi qu'un grand diamètre de pores, facilitant la diffusion de grosses molécules et l'accès aux sites actifs. Les matériaux mésostructurés hybrides sulfoniques ont une stabilité thermique bien supérieure à celle des résines polymériques commerciales. Ce projet de recherche portait sur l'étude de la stabilité thermique et des propriétés catalytiques des matériaux mésostructurés hybrides. Les résultats montrent que sous atmosphère inerte, les groupements arènes sulfoniques de la paroi et les groupements éthanes pontants du réseau commencent à se dégrader à 490°C contre 330°C sous air. De plus, l'extraction du P 123 par solvant n' étant pas totale, il serait intéressant de l'éliminer par traitement thermique sous flux d' inerte à une température d'environ 400°C. En ce qui concerne les " propriétés catalytiques des hybrides, il a été démontré que les propriétés hydrophobes de ces derniers sont un réel atout dans le cas de réactions qui génèrent de l'eau. La force acide est également un facteur souvent prédominant dans l' activité catalytique, tout comme la taille de pores. Les matériaux mésostructurés hybrides ont montré que leurs performances catalytiques étaient supérieures à celle obtenues avec les deux matériaux commerCIaux de référence (zéolithe HYet Amberlyst-15).

Ce mémoire présente l’étude d’un matériau composite de résine de cyanate ester et de fibres de carbone fait de plis tissés de type cinq harnais soumis à des cycles de température. Trois stratifiés et une plaque sandwich ont été étudiés. L’étude de l’endommagement pour les stratifiés a montré deux types d’endommagement, des microfissures et des décohésions. Les décohésions sont présentes strictement sur les tranches externes. Quant aux microfissures, elles sont observées en plus grande quantité sur la tranche externe que sur la tranche interne. L’endommagement dans la plaque sandwich est présent sous deux formes : des microfissures et de la délamination due à la présence de l’adhésif. La dégradation des propriétés mécaniques des stratifiés en fonction du nombre de cycles thermiques a aussi été étudiée. Les essais mécaniques ont montré que ce sont les propriétés influencées par le comportement de la matrice qui sont affectées par la présence des microfissures.
This master dissertation presents the effect of extreme temperature cycles on composite materials of carbon fiber and cyanate-ester resin made of five harness woven fabrics. Three laminates and one sandwich plate were studied. The evaluation of damage present in the laminates showed two different types of damage: vertical microcracks and debonding between the fibers and the matrix. Debonding is only visible on the edges of the laminates. As for the microcracks, they are present both on the edges and inside of the laminates, but in greater quantity on the edges. The damage inside the sandwich plate is present under two forms: vertical microcracks and delamination due to the presence of the adhesive. The effect of thermal cycling on the degradation of the mechanical properties of the laminates was also studied. The mechanical tests performed showed that properties influenced by the matrix behavior were altered by the presence of microcracks.

La société TMI-Orion, spécialisée dans les systèmes d’acquisition de paramètres physiques (pression, température, humidité, etc…) pour environnements difficiles, souhaite se diversifier notamment sur les marchés du nucléaire civil voire du spatial (New Space). La spécificité de ces deux marchés est la présence d’une contrainte radiative forte. La société, qui est à l’origine de la thèse, souhaite développer ses compétences vis-à-vis de la contrainte radiative pour pouvoir proposer des applications dans ces marchés. Cette thèse a donc été conduite avec comme objectif principale de fournir un maximum d’information sur la contrainte radiative à la société TMI-Orion. Nous avons donc identifié quatre axes de travail permettant de répondre à cette problématique. Dans le cadre de cette thèse nous avons commencé par décrire les environnements radiatifs rencontrés dans le domaine du spatial et dans le domaine du nucléaire civil. Puis les mécanismes d’interaction rayonnement-matière ont été définis. Enfin les effets des radiations sur l’électronique ont été décrits.Le deuxième axe de travail consiste en une étude des mécanismes de dégradation de composants électroniques élémentaires (transistors MOS et bipolaires) en fonction de la température à laquelle ils sont soumis pendant l’irradiation. L’effet des basses (jusqu’à 100 K) et hautes (jusqu’à 400 K) températures d’irradiation sur la dégradation de composants élémentaires a été étudié. Lors de cette étude nous avons aussi pu comparer la dégradation obtenue entre une irradiation au cobalt 60 et une irradiation aux rayons X.Le troisième axe de travail consiste en une étude par simulation portant sur le blindage face à la contrainte radiative. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé deux codes de calcul sur GEANT4. Le premier permet d’étudier la dose déposée par une source de cobalt 60 pour différentes conditions de blindage. Le second permet de modéliser le générateur à rayons X présent au laboratoire IES afin d’obtenir son spectre en énergies. L’effet de différents filtres sur l’allure du spectre est aussi étudié.Le dernier axe de ce travail de thèse consiste en une étude de fiabilité complète sur les enregistreurs de donnés autonome développé par la société TMI-Orion. Un enregistreur en particulier, le PicoVACQ est utilisé comme exemple. La fiabilité de cet enregistreur a été calculée par une méthode analytique, étudiée grâce aux retours d’expériences disponibles au sein de la société, mesurée vis-à-vis de la contrainte thermique et mesurée vis-à-vis de la contrainte radiative. Pour finir la recherche d’un microcontrôleur, composant central d’un système d’acquisition de données, tolérant aux radiations a été effectuée. Un microcontrôleur en particulier semble présenter une bonne résistance à l’effet de dose et sera probablement un bon candidat pour les futurs projets de la société
TMI-Orion, a company specialising in systems for acquiring physical parameters (pressure, temperature, humidity, etc.) for harsh environments, wishes to diversify, particularly in the civilian nuclear markets or the new space. These two markets are subject to strong radiative stress. The company, which is at the origin of the thesis, wishes to develop its skills with regard to radiative stress in order to be able to propose applications in these sectors. This thesis was therefore conducted with the main objective of providing as much information as possible on radiative stress to TMI-Orion. We have therefore identified four areas of work to address this issue.In the context of this thesis, we began by describing the radiative environments encountered in the space and civilian nuclear fields. Then the mechanisms of radiation-matter interaction were defined. Finally, the effects of radiation on electronics have been given.The second area of work consists of a study of the degradation mechanisms of elementary electronic components (MOS and bipolar transistors) as a function of the temperature to which they are subjected during irradiation. The effect of low (up to 100 K) and high (up to 400 K) irradiation temperatures on the degradation of elementary components was studied. During this study we were also able to compare the degradation obtained between a cobalt-60 irradiation and an X-ray irradiation.The third area of work consists of a simulation study on shielding against radiative stress. As part of this work, we have developed two calculation codes on GEANT4. The first one allows to study the dose deposited by a cobalt-60 source for different shielding conditions. The second one allows to model the X-ray generator of the IES laboratory and gives its energy spectrum. The effect of different filters on the spectrum is also studied.The last axis of this thesis work consists of a complete reliability study on autonomous data loggers developed by TMI-Orion. One particular recorder, the PicoVACQ, is used as an example. The reliability of this recorder was calculated by an analytical method, studied using the feedback available within the company, measured against thermal stress and measured against radiative stress. Finally, the search for a microcontroller, a central component of a radiation-tolerant data acquisition system, was carried out. One microcontroller in particular appears to have good resistance to dose effect and will probably be used by the company in its future projects

Un système hétérogène lyophobe est constitué d’un matériau mésoporeux et d’un liquide non-mouillant vis-à-vis de ce matériau. Le liquide ne peut pas entrer dans les pores à la pression atmosphérique, mais en augmentant la pression, il devient possible de forcer le liquide à pénétrer, puis en diminuant cette pression, à ressortir des pores du matériau. On mesure alors une hystérésis de pression significative d’une dissipation d’énergie qui peut être utilisée pour des applications d’amortissement bien spécifiques recherchées par l’industrie spatiale. Cette étude cherche à comprendre finement les phénomènes physiques qui régissent les processus d’intrusion et d’extrusion du liquide dans les pores de taille nanométrique, ainsi que de caractériser les effets de la vitesse et de la température sur les cycles d’hystérésis. Un dispositif d’essais original a été conçu afin d’effectuer des cycles d’intrusion/extrusion à différentes températures (20 - 80°C) et vitesses (0. 5 - 1000cm/min). Plusieurs liquides tels que l’eau, l’eau salée et le Galinstan (alliage métallique liquide à température ambiante) et matériaux de structure poreuse variée ont été testés. Des théories de thermodynamiques macroscopiques (théorie de capillarité et modèle de nucléation) ont été utilisées pour expliquer les mesures expérimentales. L’accord expérience/théorie est très bon et a permis notamment de montrer la nécessité de prendre en compte la tension de ligne dans l’énergie de nucléation. Une valeur de cette tension de ligne a été déterminée expérimentalement. Ainsi, il est maintenant possible de prévoir le comportement de ces systèmes amortisseurs
A lyophobic heterogeneous system consists in a mesoporous material and a non-wetting liquid. The liquid can not enter the pores at atmospheric pressure, but by increasing the pressure, it becomes possible to force the liquid to penetrate, then by reducing the pressure, to go out of the pores of the material. Then, a pressure hysteresis is measured, significant of an energy dissipation that can be used for very specific damping applications for space industry. This study tries to understand the physical phenomena that regulate the process of intrusion and extrusion of the liquid in the pores of nanometer size, and to characterize the effects of velocity and temperature on the hysteresis loops. An original test device was designed to perform cycles of intrusion / extrusion at different temperatures (20 - 80 ° C) and speeds (0. 5 - 1000cm/min). Several liquids such as water, salt water and Galinstan (liquid metal alloy at room temperature) and materials of different mesoporous structure of were tested. Macroscopic thermodynamic theories (theory of capillarity and model of nucleation) have been used to explain the experimental measurements. The agreement experiment / theory is very good and has led to show the necessity of taking into account the line tension in the energy of nucleation. A value of this line tension has been determined experimentally. Thus, it is now possible to predict the behavior of these damping systems

Les alliages de titane sont utilises dans le domaine aeronautique pour leur legerete et leur bonne resistance a haute temperature. L'objectif de la presente etude est de determiner les facteurs gouvernant la resistance a la fatigue de deux alliages de titane : le ti 6246 (alliage alpha/beta forge beta) et l'imi 834 (alliage quasi-alpha). Le premier a permis d'etablir l'effet de la temperature (de 20c a 500c) et de l'environnement (air-vide) pour des durees de vie inferieures a 10#7 cycles. Les travaux effectues ont permis de cerner l'influence des parametres mecaniques et microstructuraux sur les differents stades de l'endommagement (amorcage et propagation des fissures). Les observations fractographiques ont revele une modification des processus d'amorcage (passage d'une rupture provenant de la surface de l'echantillon a une rupture interne) selon le niveau de la contrainte appliquee quelles que soient les conditions de temperature et d'environnement. Cette modification conditionne tres fortement le couplage endommagement-environnement et donc la resistance du materiau. L'effet marque de l'environnement a haute temperature resulte des interactions entre les processus d'oxydation et/ou la dissociation de la vapeur d'eau et le niveau de deformation plastique cyclique. Il a ete montre que la couche d'oxyde seule ne peut expliquer l'abaissement de la resistance a l'amorcage. Les resultats a 500c obtenus sur le second alliage (imi 834) dont les conditions microstructurales sont differentes du ti 6246 ont permis de conforter ces analyses.

Ce travail expérimental a porté sur la dégradation de deux matériaux cimentaires, un mortier (pour la grande majorité des essais) et un béton, suite à un chauffage intense jusqu’à 600°C et parfois 700°C. L’idée qui a sous tendu cette étude était de « mesurer » cette dégradation via les propriétés de transport : la perméabilité au gaz et la porosité au gaz sous contrainte de confinement et certaines propriétés poro-mécaniques. Pour mener à bien ce travail, plusieurs techniques expérimentales ont été développées ou améliorées. Il s’agit en particulier de la mesure de porosité au gaz sous contrainte de confinement. L’emploi d’un gaz neutre permet de remplir les vides connectés dans le matériau et de calculer sa porosité. La réhydratation avec de l’eau déminéralisée a un effet considérable sur les matériaux fortement chauffés car elle restaure une grande partie de la porosité qui retrouve son niveau initial voire parfois une valeur inférieure à celui-ci. Très logiquement le « self-healing » permet aussi de restaurer une large part de la perméabilité qui ne retrouve cependant pas son niveau initial
This experimental work focused on the degradation of two cementitious materials, mortar (for most tests) and a concrete following an intense heating to 600 ° C and 700 ° C sometimes. The idea that underpinned the study was to "measure" this degradation via the transport properties : gas permeability and porosity to gas under confining stress and some poro-mechanical properties. To carry out this work, several experimental techniques have been developed or improved. This is particularly the porosity measurement gas under a confining stress. The use of a neutral gas is used to fill the voids in the material and connected to calculate its porosity. Rehydration with demineralized water has a considerable effect on the highly heated material because it restores much of the porosity which regains its initial level or sometimes a value less than one. Logically the "self-healing" also restores much of the permeability which does not recover its original level

Un système hétérogène lyophobe est constitué d'un matériau mésoporeux et d'un liquide non mouillant vis-à-vis de ce matériau. En exerçant une pression externe sur le système, on peut forcer le liquide à pénétrer dans les pores puis à en ressortir en diminuant cette pression. L'hystérésis de pression qui en résulte est significative d'une dissipation d'énergie qui peut être utilisée pour des applications d'amortissement bien spécifiques recherchées par l'industrie spatiale. Comprendre les phénomènes physiques qui régissent l'intrusion et l'extrusion de liquide dans des pores de taille nanométrique, ainsi que caractériser l'influence de la température et de la vitesse sur le système sont les principaux objectifs de cette étude. Un dispositif d'essais original a donc été conçu pour réaliser des cycles d'intrusion/extrusion, employant différents liquides et silices mésoporeuses, à des fréquences variant de 0.01 à 20 Hz et des températures comprises entre 20 et 80°C. Ces essais ont prouvé que le système eau/silice mésoporeuse hydrophobe fonctionne jusqu'à 20 Hz. Des théories de thermodynamique macroscopique (théorie de capillarité et modèle de nucléation) ont été utilisées pour expliquer les mesures expérimentales. L'accord expériences/théorie, très bon, a notamment montré la nécessité de prendre en compte la tension de ligne dans l'énergie de nucléation nécessaire à l'extrusion. Une valeur de la tension de ligne de l'eau a ainsi été déterminée expérimentalement.

Cette etude porte sur le comportement en fissuration a 750\c de superalliages a base de nickel pour disques de turbine. Ces alliages avaient surtout ete amplement etudies jusqu'aux temperatures de 600-650\c mais le developpement des nouveaux moteurs necessite une meilleure comprehension des interactions possibles entre les differents facteurs que sont la fatigue, le fluage et l'oxydation qui gouvernent l'endommagement aux plus hautes temperatures. A 750\c, le mode de fissuration intergranulaire entraine une forte sensibilite des alliages aux parametres microstructuraux. Une etude de fond a ete conduite sur les interactions fatigue-fluage sur une microstructure de reference d'un alliage : l'astroloy atgp3. Les tendances observees ont ete validees sur d'autres microstructures de ce materiau ou sur d'autres alliages : le n18 ou sur le nr3 recemment developpe par l'onera. L'etude a ete abordee en decouplant les effets de fluage et d'oxydation, tous deux thermiquement actives, par une caracterisation en fatigue-fluage sous vide. La methode experimentale mise au point, basee sur le suivi electrique de la fissure, a permis de distinguer la propagation a chaque remise en charge de celle survenant pendant le palier pour les spectres de chargement trapezoidaux appliques. Des interactions entre l'endommagement cyclique et statique ont ainsi pu etre identifiees et quantifiees pour aboutir a un modele phenomenologique de propagation qui integre les parametres de fissuration que sont la forme du spectre de chargement et le facteur d'intensite de contrainte. Par ailleurs, des essais sous air ont ete conduits pour permettre d'identifier les effets complexes de l'environnement a 750\c. L'evolution de la precipitation gamma prime intragranulaire

La perméabilité du béton influence la durabilité des structures indirectement en gouvernant la vitesse de pénétration d'agents agressifs, mais aussi directement dans le cas où la structure joue un rôle d'étanchéité, ce qui est le cas des enceintes de confinement des centrales nucléaires. Dans le contexte industriel de la sûreté de ces structures, nous avons entrepris des travaux dont l'objectif est de caractériser l'évolution de la perméabilité du béton sous l'effet de la température et du chargement mécanique.
Les mesures de la perméabilité au gaz sont effectuées sur des éprouvettes cylindriques en béton soumises à des températures allant jusqu'à 150 °C et à une compression uniaxiale jusqu'à la rupture. Les résultats expérimentaux révèlent que les effets de la température et de l'endommagement peuvent être découplés pour l'estimation de l'évolution de la perméabilité. Ils nous ont permis de proposer une relation reliant la perméabilité à l'endommagement et à la température. Cependant, cette relation ne peut s'appliquer que dans le domaine pré-pic du comportement du béton où le béton demeure microfissuré. Afin de dépasser cette limite pour pouvoir modéliser également l'accroissement de la perméabilité en phase post-pic, un autre paramètre, qui est l'ouverture de fissure, est intégré dans la relation entre la perméabilité et l'endommagement.
Cette problématique, faisant l'objet d'une modélisation, est exploitée selon deux approches. La première se base sur la définition d'une loi de raccordement entre les lois existantes d'évolution de la perméabilité avec l'endommagement et l'ouverture de fissure. Avec cette approche les tendances observées expérimentalement sont retrouvées. La deuxième approche consiste à relier d'un point de vue mécanique l'endommagement avec l'ouverture de fissure puis d'appliquer la loi de Poiseuille pour déterminer la perméabilité. La validation expérimentale de cette approche, permettant de déboucher vers un modèle continu capable de reproduire les variations de perméabilité d'une structure, constitue une des perspectives de notre travail.

En France, l'énergie électrique est majoritairement produite (78 %) grâce au fonctionnement de 58 REP (Réacteurs à Eau Pressurisée). Lors du fonctionnement de ces réacteurs, de nombreux produits de fission (PF) sont générés dans le combustible qui est de l'UO2 enrichi à environ 4% en 235U. Parmi eux, il est important de connaître le comportement du xénon et du krypton, produits de fission gazeux qui sont abondamment produits (près de 15 % des produits de fission stables). De plus, de par leur nature chimique, ces deux gaz ont une très faible solubilité dans le combustible et vont donc avoir tendance à se regrouper sous forme de bulles (pour minimiser la tension de surface) pouvant ainsi engendrer un gonflement de la pastille d'UO2. Le gaz formé peut aussi être libéré hors de la pastille, entrainer une augmentation substantielle de la pression dans la gaine de combustible et ainsi limiter l'utilisation du combustible. Cependant, les mécanismes de migration, traditionnellement étudiés de manière indirecte en mesurant la quantité de gaz relâché après irradiation, ne sont pas encore totalement compris. Il est fréquemment supposé que la diffusion atomique est le seul mécanisme susceptible d'entrainer une migration du xénon. L'objectif de cette thèse est de mettre en évidence de manière directe les différents mécanismes gouvernant le comportement thermique et sous irradiation du xénon dans UO2. Pour cela, nous avons utilisé l'implantation ionique qui nous permet d'introduire du xénon dans des échantillons de dioxyde d'uranium. Cette implantation engendre un profil de concentration quasi-gaussien de xénon (variation de la concentration en fonction de la profondeur) dans les 300 premiers nanomètres de l'échantillon. Suite à différents traitements qui sont d'une part des recuits entre 1400°C et 1600°C afin d'étudier l'impact de la température et d'autre part des irradiations avec des ions afin de simuler l'impact des produits de fission dans le combustible, les profils de concentration ont été mesurés par microsonde ionique (SIMS). Bien que la faisabilité de la mesure du xénon ait été démontrée dans différents articles, aucun profil de concentration n'avait jusqu'à présent été présenté dans la littérature. Dans le dioxyde d'uranium, un traitement classique des données SIMS n'est pas adapté. Un nouveau logiciel de traitements des données a donc été développé au cours de cette thèse qui permet l'obtention de profils reproductibles. Aucune diffusion du xénon n'a pu être observée lors des recuits à 1400°C et à 1600°C indiquant une absence de mobilité du xénon dans ces conditions. Des études complémentaires de caractérisation de défauts de type lacunaire et de bulles de xénon ont été effectuées par spectroscopie d'annihilation de positrons (PAS) et par microscopie électronique par transmission (MET). Elles montrent des modifications importantes de la microstructure d'UO2 induites par la formation de bulles à 1400°C et 1600°C pouvant expliquer l'absence de diffusion observée. Les études sous irradiation à fort (dE/dx) électronique ont montré une diffusion et un transport du xénon dépendants des températures d'irradiation. Pour les irradiations à 600 et 1000°C, les caractérisations de la microstructure, mettent en évidence la formation de bulles de xénon alignées avec la direction du faisceau d'ions incidents. A contrario, les chocs balistiques (irradiation avec des ions Argon de 800keV) n'ont causé aucune modification significative des profils quelle que soit la température d'irradiation.