Physique
Contribution à l'étude de la diffusion des ultrasons dans les matériaux imitant les tissus biologiques mous
Les matériaux imitant les tissus biologiques (Tissue Mimicking Materials) ou fantômes biologiques sont des matériaux dont les caractéristiques acoustiques sont proches de celles des tissus biologiques. Trois au moins de ces caractéristiques sont concernées, à savoir: la vitesse de propagation des ultrasons, leur atténuation et leur diffusion. Dans cette étude, nous nous intéressons aux matériaux imitant les tissus biologiques mous. Elle concerne, particulièrement, le phénomène de diffusion acoustique dans ces matériaux. Des modèles décrivant ce phénomène sont étudiés afin de pouvoir simuler leur comportement acoustique. La simulation numérique est faite à l'aide du logiciel Field II. Elle comporte, entre autres, la simulation de signaux rétrodiffusés par un fantôme de tissu biologique mou. L'étude expérimentale comporte l'élaboration de ces matériaux à partir d'une matrice réalisée à base d'eau distillée et de poudre de gélatine contenant des inclusions de poudre de graphite de taille moyenne égale à 18µm et à différentes concentrations volumiques. La caractérisation est faite à l'aide de transducteurs de fréquences nominales 2,25 MHz et 5 MHz. Elle consiste en la mesure de la vitesse de propagation des ultrasons et leur atténuation, en premier lieu, puis en la mesure du coefficient de rétrodiffusion selon les méthodes de Sigelman et Reid et celle de Chen. L'évolution du coefficient d'atténuation et du coefficient de rétrodiffusion en fonction de la fréquence et de la concentration de diffuseurs est présentée. La confrontation des résultats obtenus avec le modèle théorique de Faran permet de donner une estimation de la concentration de graphite par unité de volume. Voir les détails
Mots clés : ultrasons, rétrodiffusion, fantôme tissus biologiques
Etude des performances d’un amplificateur laser à CO2
La Puissance de sortie de la plupart des lasers dépasse rarement le Watt. Cependant pour certaines applications, cette puissance est insuffisante. Aussi il est nécessaire de procéder à son amplification. Les techniques d’amplification les plus performantes pour obtenir de grandes puissances consistent à amplifier cette lumière en utilisant des amplificateurs optiques à partir d’un rayonnement laser incident. D’où la nécessité de comprendre leurs fonctionnements et contrôler leurs performances. Notre travail porte sur l’étude des performances d’un amplificateur moléculaire à gaz carbonique en fonction des différents paramètres : la puissance incidente, la pression de l’amplificateur, le courant de décharge et le débit d’écoulement des gaz afin d’avoir le meilleur taux d’amplification du rayonnement incident issu de la source (laser à CO2). Dans ce travail expérimental nous avons choisi une configuration à un seul passage de notre amplificateur. C'est-à-dire que le signal laser passe une fois à travers le milieu amplificateur qui est un mélange gazeux (CO2, N2, He) pompé électriquement. Dans une première étape de ce travail nous avons étudié les caractéristiques du gain de l’amplificateur scellé à température ambiante. Le taux d’amplification du signal laser obtenu est très intéressant comparé aux résultats de la littérature. Cependant La saturation du gain observée à une puissance de saturation du signal d’entrée limite l’extraction de l’énergie accumulée dans l’amplificateur. Ce phénomène de saturation nous à amené à faire dans une deuxième étape l’étude de l’influence du refroidissement de tube amplificateur sur le gain. Cette étude nous à permit d’améliorer le gain de l’amplificateur Les meilleurs performances ont été obtenues à une température de refroidissement de 60C. La dernière étape de ce travail a été consacrée à l’étude des caractéristiques de l’amplificateur laser à écoulement des gaz. Nous avons étudié l’influence du débit d’écoulement des gaz sur le gain de l’amplificateur pour déterminer la gamme des débits qui saturent le gain de l’amplificateur. Les résultats obtenus pour l’amplificateur scellé ont été comparés à ceux obtenus pour l’amplificateur avec écoulement des gaz ou nous constatons une légère amélioration pour l’amplificateur à écoulement des gaz. Ce travail est le premier du genre au laboratoire, il sera suivi d’autres études des performances des amplificateurs optiques moléculaires à écoulement des gaz. Voir les détails
Mots clés : laser, Laser à gaz, Amplificateur laser
Study of structural properties of thin films of TiO2 doped Ni obtained by Sol-gel method
The objectives through this work, is the study of the structural properties of the thin films of titanium dioxide obtained by dip-coating. Holding in account the effect of nickel on these properties.The properties of the thin films of TiO2 strongly depend on the microstructures obtained. Those are modulated by the technique and the conditions of preparation, as well as by the heat treatments on the one hand [1]. And in other hand by the effect of impurities [2].In this work, we are interested in the study of the structural properties of the thin films of TiO2 un-doped and doped Ni obtained by sol-gel method. For that we study the evolution of the grains size, the crystalline structure with the temperature of treatment, the number of dipping and the concentration of doping 2% and 5% nickel. Our results show that the structure and the grains size of our layers change when one varies the temperature of treatment as well as the number of steeping and the concentration of nickel doping, more the nickel rate is large plus the structure is fine, this is led to the variation of the index of refraction, of the grains size, the gap, the transmittance and the temperature of crystallization. We used several techniques of investigation to follow the structural evolutions and their structural properties resulting from various heat treatments, various dipping and different Ni concentration: Differential calorimetric analysis (DSC), diffraction of the rays X (XRD), UV-visible Spectroscopy, scanning electronic microscopy (SEM). Voir les détails
Mots clés : sol-gel process, TiO2 doped Ni, Structural properties
ULTRASONIC DETERMINATION OF CARBON CONTENT
In this paper we are proposing an experimental study of the effect of low alloy steels carboncontent on the velocity and propagation attenuation coefficient of the ultrasonic waves inthese materials. We have observed simple relations between the velocities and theattenuations according to the carbon content. The same observations can be made for theYoung modulus. These results, in conformity with the theory, show the possibility ofcharacterizing the carbon content by a nondestructive method: ultrasounds. In parallel wehave studied the effect of some heat treatments such as hardening, annealing andquenching on velocities and attenuations. The results obtained show a correlation betweenheat treatments and ultrasonic parameters. This opens ways to a more complete and nondestructive characterization of steels by ultrasonic methods. Voir les détails
Mots clés : carbon content, velocity propagation, attenuation coefficient, ultrasonic methods, steel.
Theoretical model and experimental investigation of current density boundary condition for welding arc study
This paper presents results of theoretical and experimental investigation of the welding arc in Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) and Gas Metal Arc Welding (GMAW) processes. A theoretical model consisting in simultaneous resolution of the set of conservation equations for mass, momentum, energy and current, Ohm’s law and Maxwell equation is used to predict temperatures and current density distribution in argon welding arcs. A current density profile had to be assumed over the surface of the cathode as a boundary condition in order to make the theoretical calculations possible. In stationary GTAW process, this assumption leads to fair agreement with experimental results reported in literature with maximum arc temperatures of ∼21 000 K. In contrast to the GTAW process, in GMAW process, the electrode is consumable and non-thermionic, and a realistic boundary condition of the current density is lacking. For establishing this crucial boundary condition which is the current density in the anode melting electrode, an original method is setup to enable the current density to be determined experimentally. High-speed camera (3000 images/s) is used to get geometrical dimensions of the welding wire used as anode. The total area of the melting anode covered by the arc plasma being determined, the current density at the anode surface can be calculated. For a 330 A arc, the current density at the melting anode surface is found to be of 5 × 107 Am−2 for a 1.2 mm diameter welding electrode. Voir les détails
Mots clés : Gas Tungsten Arc Welding, GTAW, Gas Metal Arc Welding, GMAW, spectroscopie
LTE Experimental Validation in a Gas Metal Arc Welding Plasma Column
During gas metal arc welding (GMAW), the plasma obtained has a rich composition and some hypothesis are often made for modelling, in particular the local thermodynamical equilibrium (LTE) state of the plasma. It is then important to study its validity domain, as it is also needed for plasma parameters determination.The plasma was investigated using optical emission spectroscopy. The electron temperature and density were determined from Stark width measurements, independently of the plasma equilibrium state, and compared to the excitation temperature obtained using the Boltzmann plot (BP) method. The welding experiments were made at arc current of 330 A, with pure argon as shielding gases. The LTE is verified in the core region of the plasma, for about one half of the column radius in the arc lower part. Voir les détails
Mots clés : GMAW, Optical Emission Spectroscopy, Boltzmann Plot, Sola method, LTE
Potentials of Inx Ga1-x N photovoltaic tandems
During the past few years a great variety of multi-junction solar cells has been developed with the aim of a further increase in efficiency beyond the limits of single junction devices. In this work, the solar power conversion efficiency of InxGa1-xN based tandem solar cells was investigated. With this intention, one simulation of the spectral response and the current-voltage characteristic was carried out using a simulation program designed under ‘Visual Basic 5’ language for this reason. Our calculation indicates that the attainable efficiency can be enhanced up to 34 % and 37% for tandems with double and triple junctions respectively, obtained under 1-sun AM1.5 illumination and at ambient temperature, using realistic material parameters. A comparison has been made of our results with those of other models. Voir les détails
Mots clés : Tandem, InGaN, Spectral response, I-V characteristics
Correlation between structural and optical propertiesof TiO2:ZnO thin films prepared by sol–gel method
We have studied structural and optical properties of thin films of TiO2, doped with 5% ZnO and deposited on glass substrate (by the sol–gel method). Dip-coated thin films have been examined at different annealing temperatures (350–450 °C) and for various layer thicknesses (89–289 nm). Refractive index, porosity and energy band gap were calculated from the measured transmittance spectrum. The values of the index of refraction are in the range of 1.97–2.44, the porosity is in the range of 0.07–0.46 and the energy band gap is in the range of 3.32–3.43. The coefficient of transmission varies from 50 to 90%. In the case of the powder of TiO2, doped with 5% ZnO, and aged for 3 months in ambient temperature, we have noticed the formation of the anatase phase (tetragonal structure with 20.23 nm grains). However, the un-doped TiO2 exhibits an amorphous phase. After heat treatments of thin films, titanium oxide starts to crystallize at the annealing temperature 350 _C. The obtained structures are anatase and brookite. The calculated grain size, depending on the annealing temperature and the layer thickness, is in the range of 8.61–29.48 nm. Voir les détails
Mots clés : Thin films, TiO2–ZnO, Sol–gel, anatase, Brookite, optical properties, Structural properties, Thermal Properties
Synthèse de films TiO2 et étude structurale et optique
Les couches minces de TiO2 ont été préparées sur des substrats en verre (1-TiO2/verre, 5-TiO2/verre) et en Si polycristallin (1-TiO2/SP) par la méthode Sol-Gel. Les propriétés structurales, optiques et électriques des échantillons ont été analysées en fonction de la température de recuit dans l’intervalle de température 100- 500°C pour les échantillons 5-TiO2/verre et en variant le taux de dopage en cobalt (0%, 3% et 7%) pour les échantillons 1-TiO2/verre et 1-TiO2/SP. Les échantillons ont été caractérisés par la diffraction des rayons X (DRX), la spectroscopie rétrodiffusion Rutherford (RBS), la microscopie à force atomique (AFM), la spectroscopie ellipsométrique et la spectroscopie UV-VISIBLE. Pour la série d’échantillons 5-TiO2/verre les spectres de DRX montrent que l’échantillon non recuit est amorphe et il se cristallise en phase anatase à partir de 300°C. La taille des grains et la rugosité moyenne des échantillons augmentent avec l’élévation de la température de recuit. Pour la série 1-TiO2/verre l’échantillon non dopé est amorphe et qu’il cristallise en phase anatase à partir d’un dopage de 3% en Co. L’étude AFM montre que la morphologie de la surface des échantillons dopés à 0% et 7% Co est poreuse avec des grains pyramidaux, tandis que pour l’échantillon dopé à 3% Co, la surface est plus compacte avec des grains aussi pyramidaux et une valeur de rugosité considérablement élevée. Pour les échantillons 1-TiO2/SP on constate l’apparition de la phase anatase à 0% et 7% Co et aussi, l’apparition d’un mélange anatase-rutile à 3% Co. Les films minces de 5-TiO2/verre sont transparents dans le visible et opaques dans l’UV. La transmission et le gap optique calculé diminuent aussi avec l’élévation de la température. Les valeurs de l’indice de réfraction et la densité de remplissage augmentent avec l’élévation de la température de recuit, et en même temps la porosité volumique diminue. Les valeurs des constantes diélectriques (ε (Re), ε (Im)), augmentent avec l’élévation de la température. Voir les détails
Mots clés : anatase, traitement thermique, dopage, indice de réfraction, gap optique, ellipsometrie
Étude de l'effet du recuit à haute température sur les propriétés des couches minces de ZnO déposées par spray pyrolyse pour application photovoltaïque
L’oxyde de Zinc est parmi les oxydes transparents et conducteurs les plus prometteurs dans le domaine du photovoltaïque. En effet, il joue le rôle de fenêtre optique permettant de capter plus de photons. Le présent travail consiste à étudier et comprendre le comportement du ZnO déposé par spray pyrolyse avec le recuit de frittage à hautes températures de la métallisation par sérigraphie.La métallisation par sérigraphie est la technique de fabrication par excellence de cellules solaires à l’échelle industrielle. On se focalise surtout sur les propriétés structurelles et chimiques.Dans le but d’augmentation du rendement de conversion des cellules solaires à base de silicium, une couche mince d’un oxyde transparent et conducteur TCO est déposée sur une jonction np. Cette couche mince ZnO doit subir le recuit de frittage de la métallisation par sérigraphie de 650°C à 900°C. Pour l’étude des propriétés structurelles et chimiques, des couches minces d’oxydes de zinc ont été déposées sur des substrats de quartz afin de supporter les hautes températures de la métallisation par sérigraphie. Il a été constaté une que les paramètres structurelles des couches déposées concorde avec la théorie ainsi que la composition chimique des couches n’est pas influencer par l’augmentation de la température de recuit ce que ne va pas nuire aux propriétés optiques qui est le but de notre travail. Voir les détails
Mots clés : couches minces, oxyde de zinc, électrodéposition, Piézoélectricité, métallisation par sérigraphie