Academic literature on the topic 'Pulvérisation cathodique – 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.

L'etude theorique et appliquee des mecanismes de transport des atomes metalliques mis en phase vapeur dans les methodes de depot physique en phase vapeur (p. V. D. ) fait l'objet de ce travail. Une premiere etude a ete realisee dans le cas de l'evaporation sous vide. Dans ce cas, les atomes emis suivent une trajectoire rectiligne sans subir de collision, et l'etude des phenomenes de transport porte principalement sur les conditions d'emission des atomes. Pour cela, l'influence, de la deformation de la source et de la fonction de distribution spatiale, sur les repartitions en epaisseur, a ete etudiee. L'hypothese de l'existence d'une zone de pression elevee au voisinage de la source permet d'expliquer la deformation des repartitions en epaisseurs experimentales. L'existence d'une telle zone semble etre confirmee par le calcul des pressions au-dessus de la source. La deuxieme partie de ce memoire porte sur la modelisation du transfert des atomes pulverises en pulverisation cathodique magnetron. Dans ce cas, les atomes metalliques subissent des collisions avec les atomes du gaz support de la decharge electrique. Les trajectoires des atomes sont alors simulees par les methodes de monte carlo et une comparaison entre des repartitions en epaisseur theoriques et experimentales permet de valider le modele dans le cas de la pulverisation des metaux purs. Ce modele est ensuite utilise pour determiner les fonctions de repartition en energie et les angles d'incidence des atomes metalliques lorsqu'ils arrivent sur le depot en croissance. Ce modele a egalement ete applique aux cas de depots d'alliages metalliques binaires (aluminium-titane) et de depots de nitrure de titane (tin). L'evolution des rapports atomiques al/ti d'une part et n/ti d'autre part a ete etudiee pour differentes conditions de depot

Cette thèse propose une étude du comportement électrochimique d'alliages modèles binaires aluminium-cuivre. Les alliages binaires aluminium-cuivre ont été synthétisés par pulvérisation cathodique. Ainsi, des alliages modèles dont la composition varie de 0,1 à 100 % at Cu ont été préparés en couches d'environ 450 nm d'épaisseur. Une bonne corrélation a été obtenue entre les différentes phases métalliques mises en évidence et le diagramme de phase à l'équilibre. L'évolution de la microstructure selon la composition chimique a alors révélé que la phase θ-Al2Cu (33 % at Cu) jouait un rôle majeur. De la même manière, l'étude du comportement électrochimique de ces alliages en milieu sulfate a été corrélé à l'évolution de la microstructure. Pour une composition proche de celle de la phase θ-Al2Cu, une transition est à nouveau observée en terme de comportement électrochimique. Le couplage galvanique entre des alliages modèles contenant les phases α-Al et θ-Al2Cu montre que la phase anodique α se passive alors que des piqûres sont observées sur la phase cathodique θ-Al2Cu. La seconde partie de la thèse concerne l'étude chimique et structurale des films anodiques développés sur ces alliages. A partir d'une teneur de 0,2 % at Cu de l'alliage, l'anodisation conduisait à un enrichissement en cuivre d'environ 2 nm d'épaisseur juste sous le film anodique. Pour des alliages suffisamment riches en cuivre, il est apparu que le cuivre présent dans l'alliage peut s'oxyder. En effet, à partir d'une teneur d'environ 2 % at Cu, les courbes d'anodisation ne sont plus linéaires et les analyses RBS révèlent une différence entre la teneur en cuivre de l'enrichissement calculée et mesurée. C'est donc à partir de cette composition que le cuivre de l'enrichissement commence à s'oxyder et des bulles d'oxygène sont alors observées conduisant à une structure défectueuse des films anodiques. Il existe alors une nette transition dans le comportement électrochimique de ces alliages anodisés
This work is devoted to a study of the electrochemical behaviour of binary aluminiumcopper model alloys. Binary aluminium-copper alloys were deposited using physical vapour deposition PVD. Like that, the model alloy layers containing 0. 1 to 100 at % Cu were prepared to a thickness about 450 nm. A good correlation has been established between the metallurgical phases into these alloys and the equilibrium phase diagram. The microstructure evolution with chemical composition has then revealed a strongly influence of the θ-Al2Cu phase (33 at % Cu). In the same way, the electrochemical behaviour of these alloys in a sulphate media was correlated to the evolution of their microstructure. For a composition close to that of θ-Al2Cu phase (33 at % Cu), a transition of the electrochemical behaviour was again observed. Galvanic coupling between model alloys containing both α-Al and θ-Al2Cu phases shows that the anodic α phase remained in the passive state whereas pits were observed on cathodic θ-Al2Cu phase. The second part of this work concerns the chemical and structural studies of the anodic films grown on these alloys. From 0. 2 at % Cu in alloy, anodizing led to a copper enrichment just beneath the film in a 2 nm thin thick layer. For a sufficient copper content in the alloy, oxidation of copper was observed. From 2 at % copper content, the voltage-time response during anodizing wasn't linear and the RBS analysis revealed a difference between the calculated and measured values of the enrichment copper content. Then, from this composition copper is oxidised and incorporated into the film and oxygen bubbles are formed leading to a defective structure of anodic films, which has a strong influence on the electrochemical behaviour of these anodized alloys.

L’étude porte les phénomènes physiques mis en jeu dans la collecte des aérosols par une aspersion multi gouttes pour des conditions thermohydrauliques représentatives de celles d’un accident grave de REP simulées dans l’expérience TOSQAN. Une caractérisation des aérosols (WELAS), couplée aux mesures des caractéristiques du spray (PDA,PIV), a fournie des informations détaillées permettant d’obtenir des résultats reproductibles montrant que la dynamique de collecte des aérosols comporte deux phases caractérisées par deux taux de rabattement distincts. Les efficacités élémentaires moyennes de collecte par classe d’aérosol ont été estimées en fonction du débit d’aspersion et de la température d’injection des gouttes. La comparaison entre l’approche numérique (code ASTEC) et les résultats expérimentaux sur la masse collectée par le spray a montré un bon accord au début de l’essai, puis un léger désaccord après un certain temps lié aux limites expérimentales de mesure et aux limites du code.

L'objectif de ce travail est le développement de modèles eulériens afin de rendre compte de façon satisfaisante de la pulvérisation d'un jet liquide dans un environnement gazeux. Les jets rencontrés dans les moteurs à injection directe essence sont au centre de cette étude. La première partie de ce travail est un état des lieux des principaux moyens permettant de simuler un écoulement diphasique gaz/liquide où les fragments liquides possèdent un large spectre de taille. Dans un second temps, nous nous sommes attachés à définir les grandeurs caractéristiques d'un jet liquide. L'étude a pour but d'estimer la taille des fragments liquides. Nous avons donc étudié les instabilités menant à la déstabilisation et à la fragmentation d'une nappe liquide à l'aide de la théorie linéaire. En effet, sous certains conditions, une nappe liquide se comporte de la même façon qu'un jet conique creux. Dans une troisième partie, des simulations numériques eulériennes permettant d'étudier l'écoulement à l'intérieur d'un injecteur de type swirl ont été réalisées. Ces simulations fournissent les propriétés physiques de l'écoulement en sortie d'injecteur (vitesse et grandeurs turbulentes). Ces grandeurs serviront ensuite de conditions limites d'entrée pour les simulations de la pulvérisation d'un jet conique creux. Nous avons ensuite développé des modèles eulériens de pulvérisation basés soit sur une approche du type modèle de mélange, soit sur une approche à deux fluides. Ces modèles permettent de prédire la taille des fragments liquides issus de la pulvérisation. Enfin dans une troisième partie les différents modèles développés sont testés [. . . ]

L'etude porte sur le transfert simultane de matiere et d'energie, lors de l'absorption des gaz polluants traces dans une tour a pulverisation. Apres avoir fait ressortir le manque de fiabilite des donnees disponibles relatives aux transferts entre un gaz et un liquide pulverise en goutte et dans une premiere etape, un modele numerique prenant compte des phenomenes a incidences majeures est mise en uvre. Il est base sur un couplage des transferts entre phase continue et dispersee par l'intermediaire d'un modele hybride. Dans une seconde etape, un appareil pilote est utilise afin de conforter les resultats du modele a ceux fournis par l'experience. Les cas retenus sont ceux de l'absorption du co#2 ou du so#2 contenus en traces dans l'air par de l'eau pulverisee a l'aide d'une buse industrielle avec evaporation du solvant. Les resultats fournis par le modele sont en accord avec ceux obtenus experimentalement. Les effets respectifs des divers phenomenes, initialement admis comme preponderants s'averent ceux qu'il faut retenir. L'obtention de correlations aisees d'emploi permet de proposer une procedure de dimensionnement de tours a pulverisation fonctionnant aussi bien a co-courant qu'a contre courant

On introduit un modèle multi-fluides eulérien pour décrire l'évolution de sprays polydispersés dans des flammes diphasiques. Nous montrons que ce modèle peut être obtenu à partir d'un niveau cinétique de description. Il peut ainsi prendre en compte des interactions entre gouttes d'inerties différentes, comme la coalescence, ce qui n'avait jamais été fait avec un modèle eulérien. Il est validé par des comparaisons avec des mesures expérimentales pour le cas des sprays dilués sur des configurations de flammes laminaires de diffusion à contre-courant. Il est également comparé numériquement à des méthodes d'échantillonnages dans des cas de sprays dilués ou denses. D'autre part, son analyse numérique est menée dans un cas simplifié où seule subsiste l'évaporation. Cette analyse nous permet d'introduire d'autres méthodes numériques d'ordre arbitrairement élevé pour discrétiser l'espace des phases en taille et décrire l'évaporation. Elle nous permet aussi de considérer la propagation de flammes planes de prémélange, en présence d'un spray polydispersé. Cette configuration est décrite par un système de réaction-diffusion pour un modèle thermo-diffusif du gaz couplé au modèle cinétique du spray. La propagation de telles flammes est décrite par des ondes progressives du système complet. Pour en étudier l'existence, on utilise des méthodes de degré topologique pour des opérateurs elliptiques dans des domaines non bornés. Cependant, le modèle cinétique introduit une EDP hyperbolique. Les résultats d'analyse numérique permettent d'envisager une discrétisation de l'espace des tailles de gouttes, afin de se ramener à un système dynamique de dimension finie. Il reste à ajouter une diffusion dans la partie hyperbolique du système, afin d'obtenir un système elliptique et pouvoir appliquer une méthode de degré topologique. En passant à la limite sur la diffusion, puis sur le pas de discrétisation, on montre l'existence de flamme plane se propageant, en présence d'un spray polydispersé.

La pollution de l'environnement par les pesticides reste une préoccupation sociale et environnementale importante. Lors de l'application, une partie des pesticides peut contaminer l'environnement (dérive). La diminution des pollutions repose sur la maîtrise de la taille et la vitesse des gouttes en sortie de buse. L'objectif principal de cette thèse est de développer une approche Eulérienne afin d'estimer les caractéristiques initiales des gouttes produites telles que la taille et la vitesse à la sortie de buse. Le modèle Eulérien d'atomisation considère l'écoulement diphasique d'un liquide et d'un gaz comme un écoulement turbulent d'un seul fluide avec une masse volumique variable, variant entre celle du gaz et celle du liquide pulvérisé. Une équation de transport pour la fraction massique liquide moyenne permet de décrire la dispersion du liquide dans la phase gazeuse. La turbulence est modélisée par une approche aux tensions de Reynolds (RSM) en résolvant les équations de transport de chacune des six composantes du tenseur de Reynolds. Par ailleurs, une équation de transport de l'interface volumique liquide/gaz est considérée. La production de l'interface volumique qui exprime la création des gouttes est fonction, d'une part, à grande échelle, du gradient de vitesse moyenne et, d'autre part, à petite échelle, de la turbulence. La destruction de l'interface volumique qui exprime la coalescence des gouttes, quant à elle, prend en compte la tension de surface qui s'oppose à la désintégration de la surface liquide. L'évolution spatiale des rayons et des vitesses des gouttes produites en sortie de buse est décrite en couplant l'équation de la fraction massique liquide moyenne et celle de l'interface volumique à celles de la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de la turbulence. L'étude est faite avec le code de calculs FLUENT V.12 en utilisant les Fonctions Définies par l'Utilisateur (UDF "User Defined Function") pour adapter le code à nos conditions d'injection très particulières puisque le rapport des masses volumiques liquide et gaz est de l'ordre de 800. Les résultats obtenus par le modèle indiquent la formation d'une nappe conique creuse constituée de grosses gouttelettes et la présence d'une zone de recirculation près de l'axe du spray constituée de gouttelettes plus petites, conformément aux expérimentations. La comparaison du Diamètre Moyen de Sauter calculé par le modèle et mesuré expérimentalement par l'Anémométrie Phase Doppler montre un bon accord.

Ce mémoire de thèse comporte trois parties principales. La première partie consiste en une synthèse bibliographique. Après un premier chapitre de sémantique, les mécanismes physiques conduisant au fractionnement d'un jet liquide ainsi que plusieurs approches lagrangiennes pour la simulation de l'atomisation sont détaillés. La seconde partie est consacrée à la description du nouveau modèle d'atomisation proposé dans le cadre de cette thèse. L'ensemble des équations régissant la dispersion du liquide ainsi que la nouvelle équation conduisant à la taille caractéristique des fragments liquides produits par l'atomisation sont décrits. La troisième partie présente les résultats obtenus grâce au nouveau modèle implanté dans le code de calcul Kiva II. Des comparaisons avec une expérience et une simulation numérique directe sont également effectuées.

La thèse a mis en œuvre deux méthodes inverses pour l’évaluation non destructive d’un milieu multicouche anisotrope : la microscopie acoustique et les courants de Foucault. Pour la microscopie acoustique, nous avons adapté un modèle de propagation de l'onde acoustique dans un milieu multicouche, en calculant les coefficients de réflexion et de transmission d’un revêtement multicouche sur un substrat et en modélisant la réponse acoustique V(z) propre à la microscopie acoustique. Une méthode inverse utilisant l’algorithme de Levenberg-Marquardt donne accès à l’épaisseur, au module de Young et à la densité du revêtement. Pour les courants de Foucault, une méthode inverse similaire basée sur le formalisme de Tree a été mise au point, qui donne accès à l’épaisseur, à la conductivité électrique et à la perméabilité magnétique du revêtement. Après des vérifications de l’algorithme sur des matériaux massifs de référence, nous avons appliqué ces méthodes à un métal revêtu pour tuyauteries de centrale thermique : de l’acier inoxydable austénitique type 304 revêtu par pulvérisation thermique de superalliage Hastelloy C22 à base de nickel. La corrosion sèche sous l’effet des gaz chauds (air contenant du gaz SO2) amincit graduellement la paroi des tubes, ce qui peut les rendre dangereux. Il a fallu tenir compte de l’effet du grenaillage préalable à la pulvérisation, qui crée une mince couche de martensite à laquelle les courants de Foucault sont très sensibles : un modèle à trois couches substrat / martensite / revêtement a été utilisé. Nous avons caractérisé des échantillons de métal avant et après exposition à l’air avec ou sans SO2 à 650°C. Les deux méthodes d’évaluation non destructive permettent une détermination très satisfaisante de l’épaisseur de revêtement et se complètent bien. L’évaluation des caractéristiques physiques (acoustiques et électromagnétiques) met en évidence des hétérogénités du revêtement liées à son mode d’élaboration et des évolutions au cours du temps. Des pistes d’amélioration des méthodes sont proposées
In the current work, we investigate the nondestructive evaluation of a thermal sprayed coating (Hastelloy C22 Ni-based alloy) on substrate (type 304 austenitic stainless steel) using acoustic microscopy and ECT method. Two models were built for the evaluation of this kind of material: one is for acoustic V(z) measurement and the other is for swept eddy current measurement. The implementation of these two models is used for the evaluation and properties measurement of the thermal sprayed coatings, such as elastic properties, electromagnetic properties. In particular, the main achievements and results are as follows: 1. Acoustic wave propagation in an anisotropic multilayered medium was investigated. The formula for calculating the reflection and transmission coefficients of the multilayered medium on or without a substrate were derived, which is necessary for the modeling of acoustic V(z) measurement of the thermal sprayed coating on substrate. 2. A model was built for the acoustic V(z) measurement of the thermal sprayed coatings on substrate, which can deal with anisotropic multilayered media. Specifically, we used a model of multilayered coatings with graded properties on substrate to calculate the acoustic reflection coefficient of our sample. Treating the thermal sprayed coating, deposited on a 304 steel substrate, as FGMs, we evaluated the coating thickness and the Young’s modulus evolution along the depth of the coating. 3. A model was built for the swept eddy current measurement of the thermal sprayed coatings. Since before the spraying process, the surface of the substrate is usually shot-peened (SP), the coated material is considered as a three-layer medium. The coating thickness and electromagnetic properties of each of the 3 layers were determined by an effective reverse process. 4. The thermal sprayed coated material after exposure in different conditions, i.e., as-received, heat-treated in air and heat-treated in SO2 environment, and after different exposure time was evaluated by the integrity of acoustic microscopy and ECT method. The coating thickness and the electromagnetic properties of the coated material under different conditions were measured