Liste des Thèses de doctorat
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
MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE DES MATERIAUX COMPOSITES EN COUCHES MINCES. APPLICATION A LA CONCEPTION DES ANTENNES MINIATURES EN HYPERFREQUENCES.
The purpose of this work is the electromagnetic modeling of thin-film materials for microwave applications; to improve performances and reduce dimensions. Our work is devoted to exploiting the characteristics of the materials studied for the miniaturization of multi band antennas work in several microwave ranges.Furthermore, the high-permittivity of ferroelectric thin-film materials are used to design miniatures antennas, which gives us a reduction about 67% in size .Thus; we have designed as well as tunable antenna in the region of 57 MHz. Another antenna is designed with the metamaterial cell engraved on the ground plane, whose choice of CSRR dimensions and its position are optimized by the particle swarm method. As a result, we obtained the miniature antenna with a reduction of 81% that operates in two frequencies 2.45 GHz and 5 GHz. Voir les détails
Mots clés : Modélisation électromagnétique, composites, couches minces, Antennes, métamatériaux
Élaboration par pulvérisation cathodique magnétron de couches minces en vue de leur utilisation comme biomatériaux. Caractérisation à l’usure et à la corrosion
The design and development of biomaterials with multifunctional surfaces by magnetron sputtering is the final objective of this work. Different mechanical and structural properties of the films obtained in monolayers (ZrN and Ta) and in multilayers (Ta / ZrN) were determined and analyzed. Investigative tools were X-ray diffraction (DRX), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (MEB) and atomic force microscopy (AFM).Mechanical properties such as nanoindentation, stress measurements and adhesion tests were also carried out. The tribological and electrochemical performances of the different coatings were analyzed and compared. The Ar / N2 + O2 ratio in the plasma shows a negative influence of the O2 on the performances in wear and corrosion of ZrN Less oxygen leads to better results. The results obtained on multilayer ZrN/Ta coatings with different thicknesses show that they have intermediate properties to those of the monolayers that constitute them. Mechanical and tribological properties, low coefficient of friction of the Ta layer and good wear resistance of the ZrN layer. The M2 multilayer coating (ZrN/Ta) having the thickness of the layers which decreases with the increase in the number of periods has the best mechanical characteristics highlighted by scratch test and nanoindentation. Voir les détails
Mots clés : Biomaterials, PVD, tribology, corrosion
Elaboration et caractérisation des couches minces de matériau CZTS (Cu2ZnSnS4) obtenues par voie sol gel : Applications a la photovoltaïque
Récemment, un travail considérable a été fait sur le semi-conducteur de composé quaternaire Cu2ZnSnS4 (CZTS), en raison de sa simplicité, son faible coût et surtout sa souplesse dans la combinaison de plusieurs composés chimiques, pour en faire une bonne couche absorbante pour les cellules solaires à couches minces et générateur d'énergie thermoélectrique. Les couches minces CZTS sont une sorte de semi-conducteur à bande interdite directe de type p avec une valeur de bande interdite de Eg ≈ 1,5 eV pour la conversion d'énergie photoélectrique et sont caractérisés par un grand coefficient d'absorption (> 104 cm− 1). De cette manière, le but du présent travail est d'étudier les paramètres de la température de recuit et la durée de recuit optimale pour la formation de couche mince CZTS pur. Pour cela, nous avons développé un procédé simple et non toxique sans sulfuration utilisant le procédé sol gel et les voies de vide pour préparer les couches minces de phase CZTS pure déposés sur des substrats en verre par la technique de dip-coating et recuits à différentes température et avec de durées différentes. Nos avons étudié l'effet de la température de recuit sur les propriétés optiques des couches minces CZTS. Ces dernières ont été déposées par technique de dip-coating utilisant la méthode sol-gel. Nous avons constaté que l'augmentation de la température de recuit de 200 à 500 °C pendant une heure réduit la bande interdite d'énergie de 1,72 à 1,50 eV. Ainsi, ils nos jugé que ces couches minces sont bons pour les cellules solaires. Ainsi, la considération de ces résultats nous a incités à étudier l'effet de la durée de recuit de 5 à 60 min sur les propriétés des couches minces CZTS. Les échantillons obtenus ont été étudiés par plusieurs techniques telles que la XRD, la spectroscopie Raman, la SEM, Microscopie à force atomique (AFM), la spectroscopie UV-vis et la photoluminescence. Confirmée par spectroscopie Raman, l'analyse XRD révèle la formation d’un composé monophasé Cu2ZnSnS4, de composition quasi-stoechiométrique, dans la structure tétragonale de kestérite avec une orientation préférentielle le long de la direction [112]. La taille des grains a tendance à augmenter à mesure que la durée du recuit augmente et la température du recuit augmente aussi, ce résultat confirmé par SEM. L’étude de la morphologie par le MEB et l’AFM confirme que les films minces, ainsi élaborés sont homogènes, sans fissuration, de structure nanométrique et possédant une très faible rugosité (de l’ordre de 1 nm).L'analyse des mesures optiques montre que ces couches minces ont un coefficient d'absorption relativement élevé dans le spectre visible avec une réduction de bande interdite de 1,62−1,50 eV, ce qui est assez proche de la valeur optimale pour une cellule solaire. La photoluminescence (PL) distingue des bandes larges qui ont des maximums d'intensité limités entre 1,50 et 1,62 eV, correspondant à la bande interdite optique du CZTS. et limités augmentant avec l'augmentation de temps de recuit.L'étude des propriétés électriques à l'aide de la méthode de deux points (I=f(V)) a également montré que l'augmentation du temps de recuit améliore les propriétés électriques de la structure.De plus, l'étude a abordé le problème des phases secondaires et a suggéré une voie pour éviter leur sa formation. Voir les détails
Mots clés : CZTS, Dip-Coating, sol gel, DRX, Cellule solaire.
Étude et réalisation de structure pérovskite non stœchiométrique PbTiO3-δ pour des applications ferroélectriques
Dans ce travail de recherche, nous avons élaboré le matériau PbTiO3-δ à partir les oxydes PbO et Ti3O5 en utilisant la technique réaction à l’état solide dans un four sous vide. Dans ce travail nous avons étudié trois paramètres, le premier c’est l’effet de la température de calcination sur les propriétés structural (DRX, FTIR, RAMAN, EDX), microstructural (MEB) et magnétique (VSM) de PbTiO3-δ et étudié les propriétés diélectrique (pont d’impédance) de matériau élaboré. Dans l’objectif d’amélioration des propriétés magnétique de PbTiO3-δ, dans la deuxième partie nous avons dopé le PT avec un matériau ferromagnétique Fe d’où nous avons varié la quantité de dopant Fe et étudié l’effet de dopage sur les diffèrent propriété structural, microstructural, diélectriques et magnétiques. Dans la troisième partie nous avons étudié l’effet de la pression de vide de calcination sur les différentes propriétés structurales, microstructural, diélectriques et magnétiques de PbTiO3-δ élaboré par la technique réaction à l’état solide Voir les détails
Mots clés : PbTiO3-δ, Pérovskite, Lacune d’oxygène, Aditifs, DRX, MEB, Raman, Echographies ultrasonore, Relaxeur.
Étude et réalisation de structure pérovskite non stœchiométrique PbTiO3-δ pour des applications ferroélectrique.
Dans ce travail de recherche, nous avons élaboré le matériau PbTiO3-δ à partir les oxydes PbO et Ti3O5 en utilisant la technique réaction à l’état solide dans un four sous vide. Dans ce travail nous avons étudié trois paramètres, le premier c’est l’effet de la température de calcination sur les propriétés structural (DRX, FTIR, RAMAN, EDX), microstructural (MEB) et magnétique (VSM) de PbTiO3-δ et étudié les propriétés diélectrique (pont d’impédance) de matériau élaboré. Dans l’objectif d’amélioration des propriétés magnétique de PbTiO3-δ, dans la deuxième partie nous avons dopé le PT avec un matériau ferromagnétique Fe d’où nous avons varié la quantité de dopant Fe et étudié l’effet de dopage sur les diffèrent propriété structural, microstructural, diélectriques et magnétiques. Dans la troisième partie nous avons étudié l’effet de la pression de vide de calcination sur les différentes propriétés structurales, microstructural, diélectriques et magnétiques de PbTiO3-δ élaboré par la technique réaction à l’état solide. Voir les détails
Mots clés : PbTiO3-δ, Pérovskite, Lacune d’oxygène, Aditifs, DRX, MEB, Raman, Echographies ultrasonore, Relaxeur
ETUDE DU COMPORTEMENT HYDRODYNAMIQUE DU BAIN FONDU LORS DU SOUDAGE A L’ARC ELECTRIQUE
Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier le comportement thermohydraulique du bain fondu lors du soudage à l’arc électrique. Cette étude a été menée dans le but de concevoir un modèle mathématique et de développer un programme FORTRAN qui permet de résoudre les équations gouvernant le bain de fusion pendant le soudage. Les résultats issus de ce programme peuvent contribuer à la prédiction de la distribution de température pendant le soudage, l’élargissement de la ZAT, le champ de vitesse ainsi que la forme et la taille du bain de fusion. En modélisation mathématique du soudage, l’apport d’énergie modélisé par une source de chaleur surfacique donne de bons résultats lorsque l’épaisseur des pièces à souder est faible. Dans la simulation numérique du comportement thermique du bain de fusion par les méthodes des différences finies et éléments finis, les cycles thermiques calculés par la méthode des éléments finis sont plus proches de ceux mesurés pendant la période de refroidissement. Le modèle du comportement thermohydraulique du bain de fusion basé sur la formulation courant-tourbillon des équations de Navier – Stokes nous a permis de les simplifier par l'élimination de l’équation de la conservation de masse et de champ de pression. Les résultats du calcul montrent que la force de tension superficielle domine les forces motrices dans le bain de fusion et favorise un bain de fusion mouillant. Les résultats du calcul concernent le champ de température, les cycles thermiques, le champ de vitesse et la taille du bain de fusion sont en bon accord avec ceux rapportés dans la littérature. Voir les détails
Mots clés : Modélisation thermohydraulique, soudage TIG, formulation courant tourbillon, simulation numérique
SOUDAGE ET CARACTERISATION D’UN ALLIAGED’ALUMINIUM ET L’ETUDE DE SON COMPORTEMENT ENFATIGUE
Dans le présent travail, nous avons étudié l’effet des phénomènes de précipitationet de l’évolution microstructural sur les propriétés mécaniques et le comportementélectrochimique de soudures homogènes de tubes en alliage d’aluminium AA6061-T6 (T1 etT2), en utilisant deux métaux d’apport différent (ER4043 et ER5183), et de soudurehétérogène (T3) entre les alliages AA6061 et AA 5086 soudés par le procédé de soudage sousprotection gazeuse (TIG). L’observation au microscope optique du MB 6061 a montréprincipalement la présence des grains de la solution solide d'aluminium avec la présence dequelques précipités aux joints de grains. L’investigation par le biais du microscopeélectronique à balayage MEB a permis de mettre en évidence des précipités intermétalliques àbase de Fe et les précipités d'équilibre β. Une dissolution, un sur-revenu et une coalescencedes précipités ont été observés dans la zone affectée thermiquement (ZAT6061). Les effetsdurcissant de ces précipités disparait induisant ainsi une chute de la résistance et de la duretédes différents assemblages soudés. La valeur maximale de l’énergie absorbée lors des essaisde résilience a été enregistrée dans la ZAT. Néanmoins, la température n'a pas d'effetsignificatif sur l'énergie absorbée pour chaque zone. De plus, les facies de rupture du métal debase (MB) et de la ZAT sont caractérisés par une structure en forme de cupules (dimples)avec une taille plus large dans la ZAT. Le comportement électrochimique de chaque zoneissue des soudures évaluée dans une solution de NaCl + H2O2 a révélé que la densité decourant de corrosion du MB et de la ZAT est inférieure à celle de la zone fondue (ZF). Voir les détails
Mots clés : soudage sousprotection gazeuse (TIG), alliage d’aluminium AA6061-T6 (T1 etT2), métaux d’apport (ER4043 et ER5183)
Analyse expérimentale et numérique de l’état mécanique (contraintes résiduelles) et de la résistance à la corrosion des assemblages soudés en acier inoxydable duplex
Dans le présent travail, l'influence de l'apport de chaleur sur la microstructure, l’évolution des contraintes résiduelles et la résistance à la corrosion d’un assemblage soudé en acier inoxydable Lean duplex UNS 32101 a été étudiée. Trois types d’assemblages ont été réalisés par le procédé TIG (Tungstèn Inhert Gaz) en faisant varier le courant de soudage, afin de générer des apports thermiques et des vitesses de refroidissement différents. Les résultats ont révélé que l'augmentation de l'apport de chaleur entraîne un changement important de la microstructure dans la zone fondue avec une fraction en austénite élevée. Les contraintes résiduelles induites par le soudage ont été mesurées, à la surface et à travers l’épaisseur par la technique de diffraction des rayons X, basée sur la méthode des Sin²ψ. Les résultats ont montré une relation inversement proportionnelle entre l'apport de chaleur et le niveau des contraintes résiduelles de compression, générées à la surface des cordons. Les essais de polarisation potentiodynamiques réalisés dans une solution à 3,5% de NaCl, ont montré une résistance à la corrosion élevée du métal fondu produit avec une faible énergie de soudage (LH 80) Voir les détails
Mots clés : procédé TIG (Tungstèn Inhert Gaz), corrosion, assemblage soudé en acier inoxydable Lean duplex UNS 32101