Physique
L'effet de l'incorporation de Zn sur les propriétés physiques des couchesminces CdS pour cellules solaires de type (Cd, Zn) S/Cu2SnZnS4
Le but de ce travail est la réalisation des couches minces CdS par la technique Bain chimiquepour l’application photovoltaïque (cellule solaire). En effet, le cadmium est un élémenthautement cancérigène qui bien que présent en très faible quantité en tant que couche tamponet pouvant être recyclé en fin de vie des panneaux, Enfin, au niveau industriel, la synthèse dece composé s’effectue par CBD et entraine une rupture du vide sur la chaine de production,ainsi que des coûts occasionnés par le stockage de réactifs dangereux (cadmium, thiourée,ammoniaque) et le traitement des déchets toxiques pour cela on fait l'étude de l'effet del'incorporation de Zn sur les propriétés physiques des couche minces CdS pour cellules solairede type (Cd, Zn) S/ Cu(Sn, Zn)S2.Des couches minces de CdxZn1-xS ont été déposées sur des substrats en verre par uneméthode chimique simple et économique, c'est-à-dire le dépôt chimique en bain (CBD), pourleurs applications potentielles dans le photovoltaïque. Les propriétés structurales,morphologiques, chimiques et optiques des couches minces déposéesont été étudiées pardiffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage, UV-VIS et spectrométrieRaman. Les propriétés structurelles ont révélé que les couches minces déposées présentent à lafois des structures cristallines hexagonale et cubique. Les films minces CdxZn1-xS avec unegranulométrie comprise entre 6 et 25 nm et présentent une transmittance de 50 à 80% dans larégion visible. L'énergie de bande interdite optique de la couche mince déposée se situaiententre 2,6 et 3,6 eV, illustrant leur viabilité potentielle pour dispositifs optoélectroniques etphotovoltaïques. Voir les détails
Mots clés : couche mince, Bain Chimique(CBD), CdZnS, morphologie, propriétés Optique
Elaboration et caractérisation des membranes céramiques composites
الهدف من هذا العمل هو تحضير ودراسة أغشية خزفية مركبة، قمنا كمرحلة أولى بتحضير مساند خزفية انطالقا من مادة الدياتوميت مع تحسين خصائصها بإضافة نسب صغيرة من األلومينا (Al2O3 ،(حيث تحصلنا على خصائص جيدة للمساند بإضافة %10 وزنا من األلومينا فقط، حيث تحصلنا على مساند لها قطر فراغت يبلغ µm 66.7 ، ونسبة مسامات تبلغ %12.46 في مرحلة ثانية قمنا بتحضير أغشية خزفية انطالقا من مادتي الدياتوميت وأوكسيد الزركونيوم (ZrO2 ، (أغشية الدياتوميت هي أغشية بينية الهدف توضع بين المسند وأغشية أوكسيد الزركونيوم لكي تمنع من انسداد فرغات المسند بمادة أوكسيد الزركونيوم كما تهدف كذلك إلى تسوية سطح المسند ، تتمتع أغشية الدياتوميت بنفاذية جيدة بلغت 940l/h.m2 bar .وبسمك بلغ µm 8.67 ،تمكنا بعدها من وضع أغشية أوكسيد الزركونيوم عليها بلغت 460 l/h.m نفاذيتها 2bar .و بسمك بلغ µm 8.19 ،تم استغالل أغشية أوكسيد الزركونيوم في تصفية مياه وادي الكبير وإزالة اللون حيث اظهرت نتائج مشجعة. في مرحلة أخيرة قمنا بتحضير أغشية عضوية من مادة PDMS ،قمنا بوضعها فوق أغشية أوكسيد الزركونيوم، أظهرت االغشية العضوية التحاما جيدا وبسمك ال يتعدى µm 26. Voir les détails
Mots clés : مرشحات، مسامات، خزفية ، مركبة
Contribution à la résolution des problèmes inverses dans la reconstruction des images 2D d’un objet par tomographie à rayons X
Dans les applications industrielles, spécialement le contrôle non destructif des matériaux par tomographie à rayons X, l’acquisition de données peut être contrainte par certaines géométries des objets étudiés qui sont diverses. Ceci empêche l’obtention des données complètes. Ces données peuvent être altérées par la présence de bruits, par la réduction du nombre d’acquisitions, par l’absence d’acquisition de projections dans une plage d’angles de rotation ou des défaillances de détecteurs. Ces facteurs et d’autres provoquent des artefacts qui affectent la qualité des images tomographiques reconstruites. Les techniques analytiques classiques qui sont largement utilisées sont limitées dans ces conditions. Notre travail consiste en le développement et l’utilisation des méthodes de reconstruction itératives régularisées et des techniques d’imagerie comme l’inpainting qui ont le potentiel de surmonter les limitations des méthodes analytiques classiques. La reconstruction tomographique à rayons X étant un problème inverse de nature mal posée, l'implémentation et le développement de techniques de reconstruction régularisées nécessitent une régularisation appropriée et des algorithmes d'optimisation efficaces pour la résolution de ce problème inverse. Le choix de l'algorithme de reconstruction joue un rôle important, en particulier dans le cas de données incomplètes. Actuellement, les techniques d'optimisation et de régularisation des problèmes inverses en imagerie médicale et industrielle attirent beaucoup d'attention. Ces méthodes sont divisées en deux catégories générales. La première catégorie est basée sur les méthodes analytiques. La seconde est basée sur une approche itérative algébrique. Dans les conditions de données bruitées, par rapport aux algorithmes analytiques, les méthodes itératives algébriques permettent d'améliorer la qualité de l'image, tout en nécessitabt un temps de calcul excessif. La théorie de l’échantillonnage compressée CS permet la reconstruction en utilisant un nombre réduit de mesures. Plusieurs algorithmes de la reconstruction d'image basés sur cette théorie proviennent de l’optimisation convexe et sont appelés méthodes proximales. Spécialement, l’optimisation des problèmes inverses avec la régularisation de variation totale (TV) a attiré l'attention dans le cas de traitement d’image et spécialement, en reconstruction. Elle permet de réduire les artefacts et d'améliorer la qualité des images à partir d’un nombre réduit de mesures. Parmi eux, il convient de mentionner la méthode de Chambole-Pock et la méthode de Douglas-Rachford qui résolvent la minimisation de la somme de deux ou plusieurs fonctions.Les limitations physiques à l'acquisition conduisent à des régions de données qui ne peuvent pas être mesurées. De plus, les reconstructions peuvent contenir des artefacts. Dans notre travail, notre stratégie consiste à réduire ces artefacts en récupérant les données manquantes par une technique d’inpainting avant la reconstruction. Des techniques proximales ont été développées. Ces techniques sont basées sur des algorithmes proximaux et appliquées dans le domaine du traitement d'images. Leurs efficacités ont été démontrées par des expériences de tomographie. Voir les détails
Mots clés : contrôle non destructif des matériaux par tomographie à rayons X
Commande Optimale de systèmes acoustiques :Design d’ondes ultrasonores pour la magnification de défauts en Contrôle non Destructif
La recherche de la commande, c’est-à-dire l’excitation optimale des systèmes acoustiques est un domaine relativement nouveau en acoustique puisque cette quête a commencéavec les travaux précurseurs de M. Fink sur le retournement temporel vers le début desannées 90 et les travaux de V. Gibiat sur l’énergie topologique vers le milieu des années 2000. Finalement, dix ans après, les travaux de J.M. Girault et S. Ménigot sur lacommande optimale en imagerie ultrasonore médicale ont donné un nouvel élan à cettethématique, en montrant que l’émission d’ondes acoustiques "intelligentes" pouvait apporter beaucoup dans l’analyse et la compréhension des systèmes dynamiques linéairesmais aussi non linéaires.L’objectif principal de cette thèse est d’étendre le champ d’application de la commande optimale (CO) au domaine du contrôle non destructif non linéaire (CND- NL) parultrasons et de proposer de nouveaux concepts et approches de la commande optimale. Lamise en œuvre de cette méthode nécessite le choix de trois éléments qui sont : la fonctionde coût à optimiser, le paramètre d’optimisation et l’algorithme d’optimisation. Ce choixdoit être appuyé par des études préliminaires qui permettent l’obtention de résultats significatifs. Pour ce faire, une investigation dans le domaine du CND-NL a été effectuéeafin de trouver une application pertinente de la CO. La commande optimale d’un systèmeacoustique revient à trouver automatiquement le/les réglage(s) optimal(aux) du systèmequi maximise/minimise un critère donné à sa sortie, sans aucune connaissance a prioridu système, la seule donnée nécessaire étant le signal de sortie.Deux approches de la commande optimale ont été abordées dans cette thèse. Nousavons considéré la fréquence de l’excitation puis la forme d’onde de l’excitation commeparamètre d’optimisation. Des méthodes d’optimisation heuristiques et méta-heuristiquesont été utilisées. Une étude numérique a permis d’étudier la faisabilité de la combinaisonde la CO à la méthode de CND-NL sélectionnée. Parmi ces méthodes, notre choix a portésur la Spectroscopie non linéaire par modulation d’ondes (Nonlinear Wave ModulationSpectroscopy ou NWMS et Vibro- Acoustic Modulation ou VAM). Ces méthodes ontl’avantage d’être relativement rapide à mettre en œuvre et de fournir un diagnostic dumatériau en un temps assez court.Une simulation de la propagation unidimensionnelle d’ondes élastiques dans un milieu solide a été effectuée. La propagation dans le milieu est simulée par un système composéde chaines masse-ressort avec amortissement. Cette simulation a permis une étude paramétrique de l’influence de certains paramètres, tels que l’amplitude de la non linéaritéquadratique, l’étendue de l’endommagement et sa localisation dans le matériau sur leslobes d’intermodulation. Il a été démontré que l’amplitude des lobes d’intermodulationest sensible à de tels paramètres et que l’augmentation et la génération de ces dernierspeuvent être utilisées comme un bon indicateur de la présence et de l’accroissement del’endommagement dans le matériau. Nous avons également mis en évidence le fait quele bon choix des fréquences de travail (sonde et pompe) dépend du matériau examiné etpermet de maximiser les effets de modulation non linéaires.Une étude expérimentale portant sur la combinaison de la commande optimale à laméthode VAM dans un milieu multi-diffuseur est présentée. Le but est, donc, de trouverautomatiquement la meilleure fréquence pompe permettant de maximiser la modulationnon linéaire se produisant entre les signaux pompe et sonde. La méthode proposée ne nécessite aucune analyse modale préalable et permet d’éviter les zones aveugles de détectionpour lesquelles le défaut est localisé à un nœud de vibration de l’onde.Ce nouveau paradigme de la commande optimale dans le domaine du CND-NL nousparait très prometteur. En effet, diverses applications peuvent être envisagées pour l’amélioration des méthodes existantes pour la détection et la localisation de défauts non linéaires dans les solides. Voir les détails
Mots clés : commande optimale, Acoustique non linéaire, Méthodes NEWS, Optimisation, Algorithme génétique, Algorithme Descente de gradient, VAM
Slug length and frequency upstream a sudden expansion in gas– liquid intermittent flow
The purpose of this work is to analyze the influence of a sudden expansion on the upstream behavior of the horizontal gas–liquid slug flow. Measurements were made on a 40 mm ID pipe with and without a sudden enlargement of aspect ratio σ = 0.444. The experiments were carried out with two-phase air–water mixture. The slug lengths and frequencies were measured using a non-intrusive video technique. Upstream the sudden enlargement, it was observed that the mixture velocity has no influence on slug length. The variation of slug frequency is found proportional to the liquid superficial velocity for the two cases within this study. It was also observed that the behavior of the slug length and frequency was affected by the presence of the sudden enlargement. The comparison of the results obtained with various empirical correlations available in the literature showed that the latter are not worthwhile in the case where singularity is installed. Voir les détails
Mots clés : slug flow, sudden expansion, slug length, slug frequency
Heat Transfer Mode and Effect of Fluid Flow on the Morphology of the Weld Pool
In this work, the heat transfer by conduction and convection mode, effect of the fluid flow on the morphology of the weld pool and the welding properties are investigated during Tungsten Inert Gas (TIG) process. In the first part, a computation code under Fortran was elaborated to solve the equations resulting from the finite difference discretization of the heat equation, taking into account the liquid-solid phase change with the associated boundary conditions. In order to calculate the velocity field during welding, the Navier-Stokes equations in the melt zone were simplified and solved considering their stream-vorticity formulation. A mathematical model was developed to study the effect of the melted liquid movement on the weld pool. The evolution of the fraction volume of the liquid and the thermal fields promoted the determination of the molten zone (MZ) and the Heat Affected Zone (HAT) dimensions, which seems to be in good agreement with literature. Voir les détails
Mots clés : Thermal and flow modeling, TIG welding, Heat affected zone, molten zone
DNS using CLSVOF method of single micro-bubblebreakup and dynamics in ?ow focusing
Numerical simulations are performed to investigate the breakup of air bubble in ?ow focusingcon?guration; the CLSVOF (coupled level set with volume of ?uid) method is employed to track theinterface, which allows a better identi?cation of the liquid–gas interface via a function called level set. TheCFD simulations showed that the velocity ratio, the interfacial tension, the outer channel diameter, thecontinuous phase viscosity, the ori?ce width and length play an important role in the determination of the airbubble’s size and shape. However, at low capillary number, increasing the ?ow velocity ratio gives a smallerbubble size in shorter time, while the increase in interfacial tension leads to a bigger bubble. Moreover, thecarrier ?uid is found to slightly affect the bubbling mechanism, while the smallest bubbles were obtainedwith the smallest ori?ce size. In addition, three breakup regimes are observed in this device: disc-bubble(DB), elongated bubble (EB) and the slug bubble (SB) regime ?ows. This work also demonstrates that theCLSVOF is an effective method to simulate the bubbles breakup in ?ow focusing geometry. In addition, acomparison of our computational simulations with available experimental results reveals reasonably goodagreement. Voir les détails
Mots clés : Bubbling, Multiphase ?ow, CLSVOF, CFD and ?ow focusing
Effects of Boundary Conditions and Operating Parameters on Temperature Distribution during the Friction Stir Welding Process
This work deals with a numerical simulation of the friction stir welding FSW process of alloy material AA2195-T8. A 3D transient thermal model for simulating the heat transfer phenomena in the welding phase is applied. In this model, the FSW tool is considered as a circular heat source moving in a rectangular plate having a cooling surface and subjected to nonuniformandnon-homogeneousboundaryconditions.ThethermalproblemissolvedusingthefiniteelementmethodaspartofaLagrangianformulation.TheobtainedresultsallowustodeterminethemaximumvalueofthetemperatureintheNuggetzoneoftheweldedjoint.Duringthisprocess,thethermalcycleandthetemperaturedistributionweredeterminedfordifferentvaluesoftheweldingprocessparameters.Theobtainednumericalresultsareingoodagreementwiththeoneavailableintheliterature. Voir les détails
Mots clés : Frictio n Stir Welding, Heat transfer, AA2195-T8
Thermal analysis of the friction stir welding process based on boundary conditions and operating parameters
Modelling of friction stir welding (FSW) remains a complicated task, as it is crucial to predict the mechanical properties of the final welded part. This research focuses on the numerical simulation aspect of the alloy material AA2195-T8. 3D transient thermal model was applied to simulate the heat transfer phenomena in the welding phase. In this model, the FSW tool is considered as a circular heat source moving in a rectangular plate having a cooling surface and subjected to non-uniform and non-homogeneous boundary conditions. To solve the thermal problem, the finite element method was used as part of a Lagrangian formulation. The obtained results allow us to determine the maximum value of the temperature in the Nugget zone of the welded joint. Sensitivity analysis of the operating parameters was also investigated to determine the thermal cycle and the temperature distribution during this welding process. Our results were successfully compared with the ones available in the literature with good agreement. Voir les détails
Mots clés : Friction Stir Welding, Heat transfer, AA2195-T8, alloy material, parameter characterisation
Effect of calcium phosphate synthesis conditions on its physico-chemical properties and evaluation of its antibacterial activity
The antibacterial activity of non-stoichiometric calcium phosphate particles prepared by precipitationunder controlled experimental conditions at pH ?∼ ?9 and sintered at high temperature was studiedagainst Staphylococcus aureus bacteria. The effects of operating parameters developed according to anexperimental design of Plackett-Burman type on the physicochemical characteristics and the capacityto inhibit bacterial growth were identi fi ed using a thermal analysis ( TGA-DTA-DSC) , x-rayDiffraction( XR) , Raman Spectroscopy, Scanning Electron Microscope(SEM ) and the Kirby BauerMethod. The XRD spectrum shows that the synthetic crystalline nanoparticles powders consist ofmultiphasic calcium phosphateβ -TCP/β -CPP/OCP / HA and that the average particle size is between56 and 123 nm calculated by the Debay-Shearer equation. The Raman spectrum of sintered powdershows the main absorption bands that are assigned to the asymmetric / symmetric P-O stretchingvibrations in PO4− 3and the symmetric O-H stretching mode of the hydroxyl group in addition ofCa-PO4and Ca-OH modes. The samples were found to possess different morphologies consisting ofnano-rods of different lengths, semi / spherical structures and fine granules, in addition to irregularclusters. The antibacterial tests results showed that the high concentration calcium phosphate powderexhibited better antibacterial activity against Staphylococcus aureus bacteria with inhibition zonesranging from 0.2 –0.7 cm. Voir les détails
Mots clés : Biomaterials, calcium phosphate, Antibacterial Activity, nanoparticles