Academic literature on the topic 'Rigidification'

L’utilisation d’éléments de structures rigides gonflables doit permettre de réduire la masse, le volume en configuration pliée, ainsi que les coûts de fabrication d'éléments structuraux attachés aux satellites artificiels. Dans ce contexte, une technologie permettant le durcissement d’un composite multicouche par voie photochimique a été développée. La polymérisation de résines époxy amorcées par un complexe d'hexafluorophosphate cyclopentadiènyle-Fe(II)-arène a été retenue comme voie privilégiée pour la rigidification des structures. Des composés modèles ont d'abord été étudiés, sous un angle fondamental, dans le but d’examiner les étapes clef du processus de polymérisation photo-amorcée et de développer des méthodes quantitatives de suivi et de modélisation des phénomènes afin d’apporter des éléments de compréhension en vue d’une meilleure maîtrise du procédé. La contrainte de la faible teneur en composés volatils a ensuite été intégrée dans la recherche de nouvelles formulations compatibles avec un usage spatial, d’abord en se tournant vers des prépolymères époxy commerciaux. Afin d’obtenir les propriétés thermomécaniques désirées, il est apparu nécessaire de se tourner vers la synthèse sur mesure de copolymères réactifs à base de méthacrylate de glycidyle. Le point clef étant de contrôler les propriétés antagonistes d’une faible viscosité (poids moléculaires pas trop élevés) et d’une faible teneur en composés volatils. Divers outils d’ingénierie macromoléculaire ont été utilisés pour jouer sur l’architecture moléculaire, la teneur en fonctions réactives et les masses molaires
The development of original concepts such as inflatable and rigidizable structures for satellite appendages is driving the need for in-orbit rigidization technologies. Polymerization of composite in free space environment appears as one of the most promising processes among those envisioned to turn a foldable, inflatable structure into a rigid, load-bearing structure. In this context, the polymerization of epoxy resins photoinitiated by a Fe(II) cationic complex of methylnaphthalene was developed for the rigidization of inflatable structures. Model compounds were first studied from a fundamental point of view, in order to examine the key steps of the cationic photoinitiated polymerization reaction and to develop quantitative methods for monitoring and modeling the different steps of the curing reaction. The constraint of low content in volatile compounds in the uncured materials was then taking into account by considering commercial reactive prepolymers. For obtaining the desired thermomechanical properties, it become necessary to move towards the synthesis of reactive copolymers including glycidyle methacrylate units. The key point is to control the antagonistic properties of low viscosity (molecular weight not too high) and low content in volatile compounds. Various macromolecular engineering tools were used to obtain the desired architecture, with appropriate content in reactive functions and molecular weight

Les problèmes de satisfaction de contraintes géométriques (GCSP) sont omniprésents dans les applications de CAO, de robotique ou de biologie moléculaire. Ils consistent à chercher les positions, orientations et dimensions d'objets géométriques soumis à des relations géométriques. Le but de la thèse était de proposer une méthode complète et efficace pour la résolution de GCSP. Dans la première partie, nous comparons des méthodes de résolution et de décomposition, et optons pour la décomposition de Hoffmann {\sl et al. } et la résolution par intervalles. Nous définissons un cadre général pour l'étude de la rigidité, concept central dans les techniques de décomposition géométriques. Dans la seconde partie, nous analysons la méthode de Hoffmann {\sl et al. }, et les limites inhérentes à toute approche géométrique structurelle. Nous proposons le concept de degré de rigidité pour surmonter certaines de ces limites. Nous introduisons une nouvelle méthode de décomposition, et sa combinaison avec les intervalles
Geometric constraint satisfaction problems (GCSPs) are ubiquitous in applications like CAD, robotics or molecular biology. They consist in searching positions, orientations and dimensions of geometric objects bound by geometric constraints. The goal of the thesis was to find an efficient and complete solving method for GCSPs. In the first part, we compare solving methods and decomposition techniques, and we choose Hoffmann et al's decomposition and interval solving methods. We define a general framework for the study of rigidity in GCSPs, a concept used in all the geometric decomposition methods. In the second part, we analyse Hoffmann et al's method, and the limits inherent to all the structural geometric approaches. We propose the degree of rigidity concept to overcome some of these limits. We introduce a new decomposition method, and its combination with interval solving methods

Le développement du photovoltaïque organique(OPV), passe à la fois par des progrès technologiques et par l’élaboration de nouveaux matériaux photoactifs. Au sein des dispositifs se trouvent en général deux types de semi-conducteurs organiques, l’un accepteur d’électrons,l’autre donneur.Au cours de ce travail, différentes stratégies de rigidification par pontage covalent ont été appliquées à trois familles de donneurs moléculaires afin d’en étudier l’impact sur leurs propriétés électroniques. Dans un premier temps, deux séries de dérivés pontés du quaterthiophène substitué en positions terminales par des groupements dicyanovinyles ont été synthétisées. La présence d’un pont méthylène au niveau du bithiophène central induit un décalage du spectre d’absorption vers les faibles énergies en élevant le niveau HOMO de la molécule. Leur potentiel comme matériaux donneurs a, par la suite, été évalué au sein de dispositifs solaires. Ainsi, selon la longueur des chaînes alkyles introduites sur le pont, des rendements de photoconversion de 2% à 3,4% sont atteints en cellules bicouches. Puis, dans un second temps, l’utilisation de l’hétérocycle rigide thiéno[2,3-b]indole a permis de concevoir la plus petite molécule push-pull à atteindre 1%d’efficacité. Un rendement de 3,1% est obtenu lorsque le système conjugué est étendu d’une unité thiophène. Enfin, un donneur moléculaire construit autour d’un dithién-2-yldicyanoéthylène ponté, fonctionnalisé en périphérie par des unités triphénylamine, conduit à des cellules moins performantes (0,3%) que son homologue non ponté (1,1%)
The development of the so-called organic photovoltaics (OPVs) still requires technological as well as chemical advances through the elaboration of new photoactive materials. Active layer of devices is typically composed of two organic semiconductors, one electron-acceptor and one electron-donor respectively. During this work, rigidification by covalent bridging was applied to three different kinds of molecular donors to assess its impact on the materials electronic properties. First, two series of covalently bridged dicyanovinyl(DCV) end-capped quaterthiophene derivatives have been synthesized. A methylene bridge on the central bithiophene unit leads to a significant bathochromic shift of the absorption spectrum associated with a raising of the HOMO level. Their potential as donor material has been evaluated in solar cells. Power conversion efficiencies ranging from 2% to 3.4% can be achieved in bilayers structures according to the length of the alkyl chains introduced on the bridged bithiophene moiety. Then, the use of a rigid thieno[2,3-b]indoleheterocycle allowed us to design, synthesize and characterize the smallest push-pull molecule able to reach 1% efficiency. It is worth noting that extending the conjugation length of this molecule by adding one thiophene unit leads to an increase of the efficiency up to 3.1%. Finally, a molecular donor built from a bridged dithienyldicyanoethylene core functionalized at both sides by a triphenylamine unit was studied and led to less efficient OPV cells (0.3%) than its unbridged counterpart (1.1%)

L'étude effectuée concerne l'analyse de plusieurs problèmes de réanalyse et sous-structuration de structures mécaniques. L'application de ces méthodes à trois types de problèmes est traitée: blocage de degrée de liberté relativement au repère fixe, rigidification et substitution de sous-ensembles. L'accent est mis sur l'exploitation combinée de données observées sur structures réelles et de données calculées à partir de modèles aux éléments finis. Deux méthodologies distinctes ont été étudiées: l'exploitation des solutions propres identifiées et l'exploitation directe des fonctions de réponses fréquentielles. Les avantages et inconvénients de ces deux méthodologies sont étudiées et en particulier, leur robustesse vis-à-vis des erreurs de mesures sont examinées. Afin d'appuyer les conclusions tirées dans le mémoire, les résultats de plusieurs cas tests de simulation numérique sont présentées.

Le cadre industriel de ce projet est de trouver une alternative à la résine phénol-formaldéhyde (RFP) et à son durcisseur, utilisée actuellement en pneumatique pour améliorer les performances aussi bien des compositions de caoutchouc que celles des produits semi-finis. Un des aspects essentiels de la pneumatique est d’augmenter la rigidité à faible déformation des pneus sans augmenter l'hystérésis des élastomères durcis chargés de noir de carbone. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse est de proposer un système thermodurcissable alternatif aux résines RFP actuelles. Ce nouveau système doit être riche en carbone renouvelable et doit être chimiquement modifié au moyen de procédés écologiques. La lignine a été choisie comme source de carbone renouvelable. Une étude préliminaire a souligné les potentialités d'une classe de lignines époxy pour l'application visée. Notre approche consiste en la conception de lignines modifiées par des époxy par une méthode originale évitant l'utilisation de l'épichlorhydrine suivie de son durcissement par des agents de réticulation appropriés. Des tests préliminaires avec un composé modèle de lignine ont donné la gamme des composés époxy et les conditions à tester pour la réaction avec la lignine. Les expériences avec la lignine ont alors confirmé le potentiel de l’ester diglycidylique de l’acide 4, 5-époxytetrahydrophthalique, un composé époxy contenant à la fois un groupement cycloaliphatique et deux types de groupements époxy glycidyliques, comme alternative à l'épichlorohydrine pour la préparation de lignines modifiées. Dans les conditions que nous avons définies, la réaction donne des prépolymères de type lignine-époxy sous forme de poudre avec un niveau d’époxydation de 1,2 mol/kg déterminé par spectroscopie FTIR. La série de tests effectuée sur des mélanges de caoutchouc a montré que la nouvelle lignine époxy associée à la p-xylylènediamine peut être mélangée avec succès avec le caoutchouc naturel et peut atteindre les propriétés de notre mix de référence
The industrial framework of this project is the substitution of phenol formaldehyde resin (RFP) and its methyl donor hardener currently used for improving the performances of rubber compositions of tires or semi-finished products for tires. A critical aspect is the need for an increase of rigidity at low deformation without enhancement of the hysteresis of the cured elastomers filled with carbon black. The specific aim of this PhD work was to propose an alternative thermosetting system to the current RFP resins. This new system should be rich in renewable carbon and chemically modified by environmentally friendly processes. Lignin was chosen as the source of the renewable carbon. A preliminary study emphasized the potentialities of a class of epoxy-modified lignins for the targeted application. The main approach was the design of epoxy modified lignin to be obtained by an original method avoiding the use of epichlorohydrine and to be subsequently cured by appropriate cross-linkers. A preliminary screening with a lignin model compound gave the range of the epoxy compounds and the conditions to be tested for the reaction with lignin. Then various experiments with lignin confirmed the potential of 4, 5-epoxytetrahydrophthalic acid diglycidylester, an epoxy compound containing both one cycloaliphatic and two glycidyl type of epoxy groups, as an alternative for epichlorohydrine for the preparation of modified lignin. In the conditions we have defined, the reaction yielded epoxy lignin-based prepolymers as a powder with epoxy level as high as 1,2 mol/kg determined by FTIR spectroscopy. The series of evaluation campaigns in rubber blends showed that the new epoxy-modified lignin associated with p-xylylenediamine can be successfully mixed with natural rubber and enable to reach the properties of our reference mix

Ce travail porte sur l'élaboration de nouveaux systèmes conjugués linéaires à faible bande interdite au moyen d'une stratégie originale basée sur la rigidification du système conjugué. Apres un premier chapitre consacre à un bref rappel des différentes approches de la synthèse de polymères conjugues à faible bande interdite, le second chapitre est consacré à l'élaboration de nouveaux polymères conjugués obtenus par électropolymérisation de précurseurs synthétisés à partir de deux structures de bases: le cyclopentadithiophène et le 6,6'-bis(4,5-dihydro-6h-cyclopentabthienylidene). L'analyse structurale par diffraction x montre que le pontage de la molécule de précurseur permet d'aboutir à une géométrie parfaitement plane. La caractérisation des propriétés optiques et électrochimiques des différents polymères ainsi obtenus fait apparaitre une réduction importante de la largeur de la bande interdite attribuée à une diminution statistique du désordre rotationnel et des distorsions longitudinales dans le polymère. Au cours de la troisième partie, différents systèmes conjugués moléculaires ont été synthétisés par greffage de motifs 1,3-dithiole-2-ylidene aux deux extrémités de cyclopentadithiophène et du dithienylethylène ponte. L'analyse de la structure et des propriétés optiques et électrochimiques montre que ce type de substitution permet à la fois d'aboutir à une structure totalement rigide au moyen d'interactions intramoléculaires tout en tirant parti du fort pouvoir donneur-pi des dérivés conduisant à une diminution considérable de l'écart et à une stabilisation des états multi-cationiques (-anioniques). Les différents essais d'extension spatiale de ces molécules ont montré que la persistance d'une liaison simple dans le système conjugué conduit à une absence totale d'augmentation de la conjugaison effective soulignant ainsi la nécessité impérative de conserver une structure totalement rigide. Enfin au cours de la dernière partie de ce troisième chapitre, une première tentative de généralisation de cette nouvelle stratégie de rigidification du système conjugué au cas des polyènes est décrite.

L'objectif de ce travail est d'identifier les paramètres inertiels segmentaires humains, c’est-à-dire la masse, la position du centre de masse et la matrice d’inertie de ces segments. Ces paramètres, au nombre de dix par segment, constituent une donnée d'entrée indispensable aux calculs de dynamique inverse utilisés dans les études de biomécanique. Bien qu'il existe des méthodes pour avoir accès à ces paramètres par le biais de tables anthropométriques ou le calcul des volumes segmentaires, l'identification apparaît nécessaire dès lors que les sujets étudiés sont atypiques (handicapés physiques, femmes enceintes, sportifs présentant des hypertrophies musculaires). L'originalité de ce travail est de proposer une approche mixte dans l'écriture du problème d'identification combinant une formulation vectorielle et matricielle des équations du mouvement d’un système poly-articulé supposé rigide, qui ont déjà été établies au sein de l'équipe dans les travaux de thèse de Tony Monnet. La première permet d’identifier les masses et les centres de masse segmentaires. La deuxième permet d’identifier, elle, les matrices d’inertie segmentaires. Les paramètres d’entrée de cette méthode d’identification sont les matrices rotations segmentaires, leurs dérivées secondes, les accélérations segmentaires, ainsi que le torseur externe. Si ce dernier est directement mesuré par une plateforme de force, les autres grandeurs sont obtenues après des opérations sur la mesure de la cinématique segmentaire du sujet obtenue par un système opto-électronique. Ce système mesurant la cinématique du sujet grâce à des marqueurs cutanés, cette cinématique diffère de la cinématique théorique obtenue si les segments sont rigides, du fait des mouvements des masses molles. Ce travail a donc porté sur le calcul d’une matrice rotation optimale, basée sur une transformation matérielle décrivant le mouvement segmentaire.De plus les mouvements des masses molles ainsi que les instruments de mesure induisent un bruit dans les signaux cinématiques. Du fait de la double dérivation de ces signaux pour le calcul des accélérations segmentaires et des dérivées secondes des matrices rotations, ce bruit devient prépondérant sur le signal porteur. Ce travail a donc également porté sur le filtrage à effectuer pour atténuer ces bruits. Cinq filtres utilisés dans la littérature (filtre de Butterworth, lissage de Savitsky-Golay, moyenne glissante, lissage par spline et analyse spectrale) ont été implémentés et leurs effets sur les paramètres inertiels identifiés ont été comparés. Les résultats montrent que les paramètres identifiés avec la méthode vectorielle ne nécessitent pas de traitement. L’identification des matrices d’inertie nécessite, elle, un traitement et le lissage optimal est obtenu avec le moyenne glissante.Enfin, une modélisation du membre supérieur par une chaîne cinématique a également été implémentée afin de rigidifier la cinématique acquise. Les premiers résultats ne sont pas satisfaisants mais le modèle retenu peut être affiné avant de conclure sur l’intérêt de cette modélisation pour l’identification des paramètres inertiels. Finalement, l’approche mixte développée permet l'identification des dix paramètres inertiels des segments du corps humain. La méthode a été validée en identifiant les paramètres inertiels des segments constituant le membre supérieur de dix huit sujets. Les paramètres obtenus ont ensuite été comparés à ceux issus d’une table anthropométrique. Les résultats montrent que les paramètres identifiés sont très proches de ceux estimés. Cela montre donc que l’identification des paramètres inertiels est fiable et permet d’avoir accès aux paramètres inertiels de sujets atypiques, pour qui les tables anthropométriques ne sont pas disponibles
The aim of this thesis is the identification of body segment inertial parameters (BSIP), i.e. the segment mass, center of mass location and inertia tensor. Those ten parameters per segment are a mandatory input for inverse kinetics methods which are widely used in biomechanics studies. Despite the fact that methods exist to estimate them from anthropometric tables or segment volumes measurements, identification is useful when subjects are atypical (such as disabled people, pregnant women or athletes with muscular hypertrophies). The originality of this work is to use a mixed approach to write the identification problem, combining a vectorial and a matrix formulations of rigid multi-body motion equations, based on previous work did in the RoBioSS axis by Tony Monnet during his PhD. The first one permit to identify segmental masses and center of mass locations. The second one identifies segmental inertia tensors.Inputs of identification algorithm are rotation matrices, their second derivatives, segmental accelerations, and external torsor. Even though this external torsor is directly measured with a force plate, the others inputs are derived from kinematics measurements performed by an optoelectronical device. This device measures kinematics with skin mounted markers tracked by cameras, and the obtained kinematics deviate from the theoretical kinematics of rigid bodies, because of the soft tissues artefacts. In order to deal with these artefacts an optimal rotation matrix computation, based on material transformation, has been performed.Also, noise appears during measurement because of the soft tissues artefacts and the measure device. When double numerical derivatives are applied, this noise becomes greater than the carrier signal. In order to deal with it, five filters, i.e. Butterworth filter, Savitsky-Golay smoothing, sliding average window, spline smoothing and singular spectrum analysis, taken from literature have been implemented and compared. Results show that BSIP identify from vectorial formulation didn’t need any filtering. On the other hand, inertia tensors identification needed smoothed inputs and the best way to smooth them was the sliding average window.Finally, a kinematic chain model of the upper limb has been implemented to rigidify the kinematics. Preliminary results aren’t satisfying but the chain model can be improved before assuming kinematic chain aren’t well suited to enhance BSIP identification. Ultimately, the developed mixed approach has been validated by upper limb inertial parameters identification of eighteen subjects. Identified inertial parameters have also been compared with ones estimated with an anthropometric table. The conclusion is that the identified parameters were very close to the estimated ones, which shows that identification will be reliable to estimate inertial parameters of atypical subjects for whom anthropometric tables aren’t available

La recherche en physique nécessite aujourd'hui des accélérateurs de haute énergie ou de forte intensité ; l'utilisation des cavités supraconductrices constitue un progrès technologique très important : elles permettent de fournir de hauts gradients accélérateurs avec une dissipation négligeable. Un des problèmes fondamentaux dans la conception de ces cavités est leur stabilité liée aux effets des forces de Lorentz : au fur et à mesure que la cavité se remplit d'énergie électromagnétique, les déformations de la cavité dues aux forces de Lorentz modifient sa fréquence de résonance, il faut un certain temps (constante mécanique) pour que les parois se déforment, l'amplitude RF s'écroule alors, puis la cavité tend à retrouver sa fréquence de résonance d'origine, le système peut devenir ainsi instable. La contribution de cette thèse consiste d'abord en une analyse numérique de ce problème, puis en une étude mécanique d'une nouvelle méthode de rigidification : un dépôt de cuivre réalisé sur les parois extérieures d'une cavité en niobium par projection thermique afin de réduire ses déformations dues aux forces de Lorentz. Comme il s'agit d'une expérience nouvelle, le choix du processus et une optimisation des paramètres de projection ont été réalisés. En particulier, un effort important a été consacrée aux caractérisations des matériaux et à l'analyse de leurs comportements, indispensables pour déterminer l'effet de rigidification grâce au dépôt. Certains liens entre les propriétés du dépôt et les paramètres de projection ont pu ainsi être établis. Les calculs ont permis ensuite de localiser les déformations maximales, puis de trouver l'emplacement idéal et la forme optimale du renfort. Plusieurs façons de réaliser le dépôt ont été étudiées afin de proposer une solution intéressante. Enfin, une approche originale des phénomènes de décalage en fréquence en mode pulsé a été développée, elle a permis d'interpréter certaines observations expérimentales.

La recherche en physique nécessite aujourd'hui des accélérateurs de hautes énergie ou de forte intensité; l'utilisation des cavités supraconductrices constitue un progrés technologique trés important : elles permettent de fournir de hauts gradients accélérateurs avec une dissipation négligeable. Un des problèmes fondamentaux dans la conception de ces cavités est la variation de fréquence due aux forces de Lorentz : ayant un facteur de qualité beaucoup plus élevé que le facteur de couplage externe externe lié à la charge du faisceau, ces cavités ont des bandes passantes trés étoites, les faibles déformations des parois sous l'effet des forces de Lorentz peuvent engendrer une variation de fréquence supérieure à la bande passante lorsque le gradient accélérateur devient trés élevé, ce qui constitue une source d'instabilité. La contribution de cette thèse consiste d'abord en une analyse numérique de ce problème, puis en une étude mécanique d'une nouvelle méthode de rigidification. .
Today's researche in nuclear physics and in particle physics needs high energy or high intensity accelerators; the use of superconducting cavities constitutes a very important technological advance for the design of such facilities, allowing high accelerating gradient with few dissipation. One of the major problems is the frequency shift under Lorentz forces : since the quality factor of the superconducting cavities is much higher than the external factor depending on the beam charge, their bandwidths are very narrow (several Hertz). Even very small mechanical deformations under Lorentz forces could induce a frequency shift which exceeeds the bandwidth when the accelerating gradient becomes very high. The contribution of this thesis consists at first in a numerical analysis of this problem, then in a mechanical study of a new method for stiffening superconducting cavities : a copper coating over their external surface by thermal spray techniques

L'objectif de ce travail est d'étendre la validité des concepts développés au Laboratoire pour l'hydratation et la prise du système simple: le silicate tricalcique ou alite (principal composant du ciment Portland) au cas d'un système plus complexe, proche d'un ciment réel, constitué d'un mélange de phases pures: l'alite et l'aluminate tricalcique, auxquelles sont ajoutés du gypse (sulfates) et des alcalins. L'étude systématique de l'hydratation des pâtes de mélanges modèles, par microcalorimétrie isotherme, montre qu'il existe de fortes interactions entre les différents constituants. La notion de "rendement mécanique des hydrosilicates de calcium" permet d'évaluer l'influence des autres constituants que l'alite sur les propriétés élastiques des pâtes de mélanges. Le rendement mécanique des mélanges alite-aluminate tricalcique est accru en présence de gypse et en présence d'alcalins
The aim of this work is to use a similar approach developed in Laboratory for the hydration and the setting of simple system : the tricalcium silicate or alite (the most important composant of Portland cement) to a system more complex, close to a real cement, composed of a mixture of pures phases : alite and tricalcium aluminate, which are added gypsum and alkalines. The hydration study, by isotherm microcalorimetry, of pastes of models mixtures shows that strong interactions exist between different constituants. The "mecanic yield of calcium hydrosilicates" notion allows the evaluation of the influence of constituants different from alite, on the elastic properties of pastes of mixtures. The mecanic yield of mixtures of alite and tricalcium aluminate increase in presence of gypsum and alkalines