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Elaboration et caractérisation de couches minces d'oxyde dezinc dopées aux métaux pour des applicationsphotovoltaïques et en détection de gaz.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’élaboration et l’étude de films d’oxydes  métalliques d’oxyde de zinc (ZnO) non dopé et dopé à l’aluminium (AZO) et d’oxyde de cuivre  (Cu2O) dont les propriétés sont modulées par la variation de la pression partielle d’oxygène (PO2) dans l’intervalle [0,05 - 1,30 mbar] tout en maintenant la pression d'argon fixée à 0,05 mbar, en vue de leur application dans différents domaines. Les dépôts ont été réalisés en utilisant la technique de pulvérisation DC et le dépôt laser pulsé (Pulsed Laser Deposition) (PLD). Les différentes propriétés des échantillons ont été étudiées à travers des analyses de diffraction de rayons X (XRD), de spectroscopie Raman, de transmissions optiques (UV – vis), de microscopie électronique à balayage (MEB) et de mesures électriques d’effet Hall et de caractéristiques courant-tension (I-V) dans le cas des hétérojonctions. Tous les résultats révèlent l’influence particulière des différents intervalles de valeur de la pression d’oxygène, sur les films déposés de ZnO et de Cu2O. Un traitement thermique par un laser infrarouge de différentes énergies, effectué sur les couches de Cu2O a affecté considérablement leurs différentes propriétés. Des hétérojonctions Cu2O/AZO et Cu2O/ZnO/AZO ont été déposées sur des substrats de verre par dépôt de laser pulsé. Elles ont aussi été caractérisées par microscopie à force atomique (AFM) et par microscopie électronique à balayage (MEB). On montre que l’insertion d’une couche de ZnO entre Cu2O et Le film AZO dans l’hétérojonction augmente la taille moyenne des grains et améliore la rugosité de la surface supérieure de l’hétérojonction (surface de la couche AZO). Les mesures de courant-tension (I-V) révèlent que les hétérojonctions réalisées, présentent des comportements remarquables de diodes. La présence du film mince intermédiaire de ZnO réduit de manière significative les courants parasites et de fuite à travers la barrière, améliore la qualité de l’hétérostructure, modifie la bande d’énergie entre les couches AZO et Cu2O en la rendant moins abrupte (plus lisse) et contribue à diminuer la possibilité de la recombinaison des porteurs de charge à l'interface, augmentant ainsi leur durée de vie. L’activité photocatalytique des films ZnO et Cu2O a été étudiée au moyen d’essais sur la photodégradation de la rhodamine B (RhB) et du méthyl-orange (MO) sous irradiation directe de rayons solaires. Une étude comparative a été menée entre le ZnO et le Cu2O pour la décoloration de la Rhodamine B et du Methyl-orange sous la lumière solaire. Les résultats ont montré que les films de ZnO présentent une activité photocatalytique plus grande avec la rhodamine B que le méthyle orange, qui présente plutôt une photodégradation plus importante avec les films de catalyseur de Cu2O. Après exposition des films à la lumière solaire pendant 6 h, un taux d'élimination de 81,69% a été obtenu pour le méthylorange sur des films de Cu2O, tandis que pour la rhodamine B, le meilleur taux d'élimination (60,85%) a été obtenu avec le ZnO.La pression partielle d’oxygène, le traitement thermique au cours des dépôts sont des paramètres clé affectant les propriétés des films d’oxydes métalliques déposés, leur conférant une application appropriée. Voir les détails

Mots clés : oxydes transparentes conducteurs, pulvérisation cathodique, caractérisation électrique, dopage des semiconducteurs, caractérisation optique, caractérisation structurale.

Effect of heat treatment on surface hardness and tribologicalbehavior of XC38 steel—approach by the experiments plans

This work aims at predicting the micro-hardness of XC38steel using the experiments plans as well asstudy of tribological behavior of thissteel. The heat treatments were considered by adopting thefactorial plans 22 methodology at two factors (temperature ‘T’ and holding time ‘t’), each at two levels(-1, +1). The results obtained allowed lead to a mathematical model predicting the micro-hardness‘Hv’ in every point of the study field. Moreover, the curves of the responses surfaces clearly show theinfluence of two factors studied (T, t) on ‘Hv’. Mechanical characterization of treated samples showedasignificant increase in the micro-hardness, which achieve to 76% for the treated sample at 850 °Cduring 2 h compared to untreated state. An investigation of wear tracks morphology shows thatfriction under a load of 10 N results in predominant adhesive wear, while a load of 2 N favorabrasive wear. Voir les détails

Mots clés : heat treatment, factorial plans, prediction, superficial hardness, tribological behavior

Etude de quelques modèles pour le calcul des densitésénergétiques des sites d'adsorption en utilisant lachromatographie gazeuse inverse

L'application de la Chromatographie Gazeuse Inverse (CGI) pour la détermination desgrandeurs physico-chimiques qui caractérisent l'interaction entre une molécule sonde etunsupport chromatographique est déjà ancienne puisque les premiers travaux remontent auxannées quarante. Les nombreuses possibilités offertes par cette méthode sont décrites dansplusieurs ouvrages. On se propose dans ce travail d'explorer quelques modèles d'adsorptionlocales,à savoir l’isotherme d’adsorption de Langmuir générale et de Sips pour calculer ladensité énergétique des sites d'adsorption.Pour ce faire on s'appuie surdes méthodesanalytiques et numériques. Une des méthodes analytiques utilise la notion de transformée deStieltjes, alors que la méthode numérique est basée sur la discrétisation de l’équation intégraleen un système d’équations algébriques. Voir les détails

Mots clés : chromatographie gazeuse inverse, équation intégrale, transformée de Stieltjes, isotherme d’adsorption

Simulation des ondes ultrasonores dans des matériaux anisotropes piézoélectriques :application aux capteurs électroacoustiques à ondes guidées

Ce travail est une étude numérique et expérimentale pour l’optimisation des performancesde dispositifs électroacoustiques destinés à la détection. L’effet des paramètres intrinsèques,tels que l’épaisseur de la couche piézoélectrique, la longueur d’onde acoustique et l’inclinaisondu cristal sur la vitesse de phase, le facteur de couplage électromécanique et la sensibilité auxeffets de masse, a été étudié numériquement. La méthode des éléments finis a été utilisée, dansle cas des modes de Lamb dans le ZnO/SiC, pour développer un capteur de pression et dans lecas des modes de Rayleigh, de Sezawa et de Love dans le ZnO/Si pour le développement d’uncapteur multimode destiné à la détection des liquides et des gaz. L’étude numérique etexpérimentale d’un résonateur à harmoniques élevées HBAR à base de ZnO c-incliné sur le Si confirme la possibilité de réaliser des dispositifs miniaturisés et de hautes performances à basede ZnO c-incliné. Les résultats obtenus sont importants pour la conception et la réalisation de dispositifs électroacoustiques à ondes guidées pour la détection. Voir les détails

Mots clés : ondes acoustiques, Eléments finis, Matériaux anisotropes piézoélectriques, Dispositifs électroacoustiques

Simulation et optimisation du transfert thermique lors du soudage par friction malaxage FSW d’un métal

       The Friction Stir Welding (FSW) is an assembling process of parts in the solid phase, without melting the material and without added metal. The basic concept of the FSW process is simple and consists of using a non-consumable rotational tool with a pin and shoulder shaped to provide required weld properties, where the thermal energy is generated by friction among the rotating the different. The aim of this thesis is to propose an optimization strategy using the SQP algorithm (Quadratic Sequential Programming) coupled with 3D transient heat transfer computation were used to improve the FSW process parameters. An optimization method was applied to improve the FSW welding parameters of an AA2195-T8 aluminum-lithium alloy plate. The numerical procedure proposed is based on the optimization of the spatial parameters related to the tool, ie the welding speed, the speed of rotation of the tool, the radius of the shoulder of the tool and the vertical force applied. This study aims to investigate three criteria: the control of the maximum temperature during FSW; the minimization of the HAZ length and finally the reduction of the total welding energy.     The numerical study showed good agreement between the results obtained and the existing experimental data. This good agreement between the results of the two approaches would make it possible to use the proposed numerical model to predict the thermal field and the maximum value of the temperature. The optimization process has demonstrated its robustness and the main results obtained are: The optimal operating conditions allow a gain about 38% of consumed energy by FSW and a reduction of 11 % in the welding time; Applying the optimal parameters permits until a 70% decrease in the length of the Heat Affected Zone (HAZ) at every position on the weld line. Voir les détails

Mots clés : Friction Stir Welding (FSW), Heat transfer, finite volume method, SQP algorithm optimization method.

Effets des inhibiteurs verts sur la corrosion des aciers ordinaires dans deux milieux acides

L’extrait de cladodes de l’Opuntia Ficus Indica (O.F.I.) présent à l’Est Algérien (Annaba) et celui de l’Aloe Vera importé de l’Amérique du nord, ont fait l’objet de notre travail dans le but d’étudier leurs efficacités inhibitrices sur deux aciers ordinaires différents et dans trois milieux acides, 1M H3PO4 , 0.5M H3PO4 et 0.5M H2SO4. Plusieurs méthodes d’analyses ont été utilisées, telles que la gravimétrie, les méthodes électrochimiques stationnaires (la polarisation potentiodynamique et la chronoampérométrie), transitoires (Spectroscopie d’Impédance électrochimique (SIE) et la méthode du Potentiel à Zéro Charge (PZC)) ainsi que des méthodes de caractérisation de la surface de l’acier telle que la méthode de mesure de l’angle de contact et la Microscopie Electronique à Balayage (MEB).Les efficacités inhibitrices obtenues avec la même concentration de 10%(v/v)d’O.F.I seul et d’Aloe Vera seule sont 97.6% et 80.9% respectivement.Les deux inhibiteurs verts agissent comme inhibiteur mixte, avec les valeurs de résistance de polarisation qui augmentent avec l’augmentation de la concentration en inhibiteur. La synergie des deux extraits avec et sans ajout du KI comme additif, améliore l’efficacité inhibitrice avec l’augmentation de la résistance de polarisation. Nous sommes en présence d’une physisorption pour les deux inhibiteurs, séparément et en synergie. Les caractérisations de l’état de surface des deux aciers confirment les résultats obtenus. Voir les détails

Mots clés : corrosion, O.F.I, Aloe Vera, SIE, inhibiteur vert, acier ordinaire

Métallurgie, Corrosion et Fatigue de l’Acier Inoxydable Austénitique 316Let de Ses Joints Soudés

Ce travail de thèse a pour objectif d’une part, de mettre en évidence l’influence du métal d’apport sur la microstructure, le comportement mécanique ainsi que la résistance à la corrosion des joints soudés en acier inoxydable austénitique 316L, et de montrer d’autre part l’utilité de la corrélation d’images numériques (DIC) comme technique de caractérisation complémentaire lors des essais de fatigue menés sur des joints soudés avec et sans défauts de soudage. Les résultats ont révélé que l'utilisation d’ER308LN à la place d’ER316LN en tant que métal d’apport, est bénéfique pour améliorer la résistance au choc du joint soudé. La zone fondue et le joint soudé obtenus avec le métal d’apport ER308LN ont également montré des valeurs plus élevées de potentiel de piqûre.Les essais de fatigue menés à l’air sur le métal de base AISI316L ont montré que la propagation des microfissures est transgranulaire, alors que dans un milieu salin, les fissures s’amorcent au niveau de plusieurs sites dans la microstructure du matériau tels que les joints de grains, les joints de macles et les bandes de glissement. L’utilisation de la DIC comme technique de caractérisation complémentaire des joints soudés a indiqué que la géométrie et le volume occupé par un défaut de soudage interne, tels que l’inclusion, peuvent affecter la résistance à la fatigue par la concentration de contrainte autour du défaut de soudage occupant le plus grand volume dans la zone étudiée. Par ailleurs, la zone de localisation de l'inclusion dans le joint soudé agit directement sur l’amorçage de la fissure. Selon les tests de Fatigue-DIC réalisés sur des joints soudés sains, il a été possible de conclure que la déformation se localise tout au long des zones microstructurales dans le joint soudé jusqu’à une valeur limite de force imposée, au-delà de laquelle la déformation majeure serait entièrement localisée dans la zone fondue. Voir les détails

Mots clés : métal d’apport, joint soudé, comportement mécanique, résistance à la corrosion, fatigue, défauts de soudage, DIC.

ANALYSE, REGLAGE ET CONCEPTION DES CORRECTEURS PIλDμ D’ORDRE FRACTIONNAIRE POUR LA COMMANDE DES SYSTEMES

Récemment, les opérateurs et les systèmes d’ordre fractionnaire ont investi tous les domaines de la commande classique par leur utilisation dans la conception de correcteurs et d’algorithmes pour la commande des systèmes dynamiques. Malgré l’introduction de beaucoup de correcteurs et d’algorithmes d’ordre fractionnaire, un travail de recherche continu et intensif pour le développement de nouvelles techniques de commande d’ordre fractionnaire est toujours en cours pour le rehaussement et l’amélioration de la qualité des performances et de la robustesse des systèmes de commande. Dans ce travail, des méthodes de conception de correcteurs fractionnaires en utilisant les opérateurs et les systèmes fractionnaires ont été développées pour des systèmes de commande à retour unitaire dont les processus sont représentés par un modèle du premier ordre avec retard afin d’améliorer la qualité de ses performances caractéristiques et sa robustesse. Des exemples illustratifs ont été présentés pour valider l’efficacité et la flexibilité des méthodes proposées dans la conception des correcteurs fractionnaires. Les résultats de simulation obtenus ont été comparés à ceux obtenus en utilisant des correcteurs classiques et d'ordre fractionnaires pour les mêmes systèmes pour montrer l'amélioration des performances caractéristiques et de la robustesse apportées par les correcteurs fractionnaires proposés Voir les détails

Mots clés :

ANALYSE, REGLAGE ET CONCEPTION DES CORRECTEURS PIλDμ D’ORDRE FRACTIONNAIRE POUR LA COMMANDE DES SYSTEMES

Récemment, les opérateurs et les systèmes d’ordre fractionnaire ont investi tous les domaines de la commande classique par leur utilisation dans la conception de correcteurs et d’algorithmes pour la commande des systèmes dynamiques. Malgré l’introduction de beaucoup de correcteurs et d’algorithmes d’ordre fractionnaire, un travail de recherche continu et intensif pour le développement de nouvelles techniques de commande d’ordre fractionnaire est toujours en cours pour le rehaussement et l’amélioration de la qualité des performances et de la robustesse des systèmes de commande. Dans ce travail, des méthodes de conception de correcteurs fractionnaires en utilisant les opérateurs et les systèmes fractionnaires ont été développées pour des systèmes de commande à retour unitaire dont les processus sont représentés par un modèle du premier ordre avec retard afin d’améliorer la qualité de ses performances caractéristiques et sa robustesse. Des exemples illustratifs ont été présentés pour valider l’efficacité et la flexibilité des méthodes proposées dans la conception des correcteurs fractionnaires. Les résultats de simulation obtenus ont été comparés à ceux obtenus en utilisant des correcteurs classiques et d'ordre fractionnaires pour les mêmes systèmes pour montrer l'amélioration des performances caractéristiques et de la robustesse apportées par les correcteurs fractionnaires proposés. Voir les détails

Mots clés :

Contribution à la modélisation du processus de refroidissement secondaire d’acier coulée en continue

Dans l’industrie sidérurgique, la coulée continue est le procédé qui se situe entre l’élaboration d’acier et le laminage. Ce procédé a pris, depuis 30 ans, une place de plus en plus importante dans la filière de production en raison des avantages par rapport à la technique traditionnelle de coulée en lingots ; économie d’énergie et de main d’œuvre, meilleur rendement et amélioration de la qualité du produit, ainsi l’amélioration du rendement métallique de la coulée et la possibilité de couler des produits de plus faible section, directement adaptés aux laminoirs finisseurs. La coulée continue permet de transformer le métal liquide en métal solide en des formes simples, et de façon continue. Un des soucis majeurs dans l’industrie de l’acier est l’amélioration de la qualité finale du produit. Certes, le produit final présente parfois des défauts, qui sont difficiles à détecter pendant la fabrication ; la plupart du temps, ils ne sont détectés que dans les phases finales de fabrication. L’objectif de ce travail consiste à fournir un modèle numérique du refroidissement secondaire permettant de prédire l’évolution du débit de refroidissement secondaire en fonction de la vitesse de coulée dans chaque zone des nuances de l’acier. Voir les détails

Mots clés : Modélisation thermomécanique, coulée continue, refroidissement secondaire, acier, Défaut.