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Simulation des propriétés électriques d'une jonction à base de nitrure de gallium. Application au détecteur de rayonnement
Le nitrure de gallium (GaN) est l'un des composés semi-conducteurs les plus intéressants, bien adaptés pour fonctionner dans n'importe quelle application dans laquelle la température ou le niveau de radiation pourrait endommager l'électronique conventionnelle. Récemment, la détection du rayonnement ultraviolet (UV) au moyen de dispositifs à base de GaN a suscité un grand intérêt dans de nombreux domaines importants, nécessitant des détecteurs à haute performance, à faible courant d'obscurité et à haute sensibilité. Dans ce travail, nous avons évalué, au moyen d'une étude de simulation en utilisant le simulateur de conception assistée par ordinateur (TCAD) Silvaco-Atlas, les caractéristiques électriques de deux types de photodétecteurs UV: le premier est un photodétecteur à barrière de Schottky (Pt / n-GaN) tandis que le deuxième est un photodétecteur "p+-n-n+" à base du composé ternaire Al0.17Ga0.83N. Les caractéristiques électriques densité de courant - tension et réponse spectrale monochromatique, sous différentes intensités de lumière UV en polarisation inverse et directe, ainsi que les effets de la température et les pièges sont présentées. Les résultats de simulations, ont montré que les densités de courants sous des tensions de polarisation inverse et dans l’obscurité, sont extrêmement faibles. Par contre, en illuminant les détecteurs par des rayons UV avec différentes intensités, nous avons montré que les densités de photo-courants augmentent de plusieurs ordres de grandeur, ce qui confirme l'utilité des structures étudiées pour la détection des rayons UV. D'autre part, on a constaté une réduction significative de la réponse spectrale des détecteurs étudiés, sous l'effet de la présence de certains niveaux de piégeage. Voir les détails
Mots clés : simulation, GaN, Photodétecteur, Ultraviolet, température, Réponse spectrale
Contribution à la caractérisation et synthèse de pigment de peinture à base de calamine. Evaluation de la qualité et analyse des incertitudes sur les propriétés.
The iron oxide pigment consists of 53.18% iron with a siliceous matrix. The calamine itself contains 73.83% iron. The density of the pigment and calamine is respectively ρ=3.0665 g/cm3 and ρ=5.4203 g/cm3. The pigment is of oolitic structure. Calamine has a homogeneous structure of the three iron oxides. The grain size of the compounds is between 0.6 and 40 μm with a D50 of less than 8 μm. Their specific surfaces are 1.6 and 1.5 m2/g. The calamine has an ability to keep its magnetization unlike the pigment which has a low magnetization.Simultaneous Thermal analysis shows a mass increase of 3.602% between 400 and 1000 °C for calamine and exotherm equal to 1.128 W/g. For the iron pigment, this analysis shows an overall mass loss equal to 11.05% accompanied by heat absorption equal to 1.926 W/g. For the iron pigment, this analysis shows an overall mass loss equal to 11.05% accompanied by a heat absorption equal to 1.926 W/g. Concerning the mixtures with 5, 10, 15, 20, 25 and 35% of calamine, we find a decrease of the loss of mass. The flow of heat takes a polynomial pace increasing.The SEM observations show a homogeneous structure of the calamine composed of grains of iron oxides of different sizes ranging from 1 μm to 10 μm and aggregates of small particles. As for the iron oxide pigment, it is composed of aggregates of grains more or less rounded formed of oxides of iron and gangue. The EDS analysis shows a dominance of the iron element for both materials. The optical measurement spectra show that the three compounds do not absorb any visible radiation and absorb significant fluxes in the near UV. They reflect all the incident radiation in the visible but reflect very little near UV radiation. The X-ray diffraction of calamine shows that the crystalline phases of its constitution are mixtures of wustite, magnetite and hematite. As for the iron oxide pigment, it is composed of the following crystalline phases: goethite, hematite, fayalite, silica, phosphorus pentoxide, and hausmannite. The prediction model that we developed deals with the modeling of mass loss and thermal behavior as a function of the mixing rate by a combined model of "neuronal network NN" and the MTCS simulation, which allowed us to calculate this mass loss and the corresponding energy variation. The model based on the neural network approach, by its high precision, offers us a reduced range of uncertainties compared to the linear model. Voir les détails
Mots clés : Pigment iron, scale (calamine), iron oxides, grinding, Simultaneous thermal analysis, X-ray diffraction, spectrophotometry.
Étude des propriétés structurales électroniques et thermodynamiques de l’alliage quaternaireZn1-xMgxSeyTe1-y
First-principles calculations are performed to study the structural, electronic and thermodynamic properties of Zn1-xMgxSeyTe1-yalloys using the full potential-linearized augmented plane wave method (FP-LAPW) within the density functional theory (DFT). In this approach the Perdew-Burke-Ernzerhorf generalized gradient approximation (PBE-GGA) was used for the exchange-correlation potential. Moreover, the modified Becke Johnson approximation (mBJ) was also used for band structure calculations. First for the MgX binary compoundsvarious phases were considered in order to confirm the most stable one and to predict the transition pressure between different phases. The lattice constant for theternary alloys exhibits a small deviation from the Vegard's law. The microscopic origins of the gap bowing were explained by using the approach of Zunger and co-workers. The bowing of the fundamental gap versus composition predicted by our calculations is in good agreement with available theoretical data. In addition, we have studied the thermal properties of these alloys using the Debye model implemented in Gibbs program. Finally, the energy band gap of Zn1-xMgxSeyTe1-y quaternary alloys lattice matched to InAsandZnTesubstrats was investigated. To our knowledge this is the first quantitative theoretical investigation on Zn1-xMgxSeyTe1-y quaternary alloys and still awaits experimental confirmations. Voir les détails
Mots clés : Zn1-xMgxSeyTe1-y Quaternary alloys, Functional density (DFT), Approximation of the generalized gradient (PBE-GGA), mBJ approximation, InAs and ZnTe substrates
ETUDE ET SIMULATION DE L’ENDOMMAGEMENT DES PIECES MECANIQUES DE REVOLUTION
Les roues dentées, principales pièces mécaniques de révolution connaissent beaucoup d’amélioration grâce à l’apport de nouveaux matériaux comme les polymères. Cependant elles sont sujettes aux différents phénomènes de détérioration comme l’usure, la fatigue, le fluage, qui restent peu connus. La compréhension de ces phénomènes permet d’une part de mieux appréhender l’optimisation des paramètres de fonctionnement dans les applications industrielles et d’autre part d’augmenter leur durée de vie. Ainsi le présent travail s’inscrit dans ce cadre et consiste en une contribution à l’étude et simulation de l’endommagement des roues dentées en polyamides particulièrement l’usure des flancs des dents de roue.La première partie de cette étude est dédiée à l’approche expérimentale qui a permis de faire le suivi de l’évolution de l’usure d’une roue dentée en PA66, dans trois conditions de contact : à sec, dans l’eau et dans le mélange eau-détergent et aussi de voir le comportement tribologique des engrenages combinés, polyamide-polyamide. La deuxième partie consiste à analyser les résultats d’usure et de caractérisation du matériau avant et après usure afin de modéliser et de simuler le comportement à l’usure d’un engrenage en polyamide.Les résultats expérimentaux menés dans un cas réel comme le lave-linge qui a fait l’objet du banc d’essai, montrent que l’usure apparaît dans la saillie de la dent et est plus exprimée à la tête de la dent qu’au niveau du diamètre primitif. Par ailleurs, les dents travaillant dans l’eau subissent une usure qui mènent vers l’arrêt de la machine après 3.5 millions de cycles. Elle est deux fois plus rapide que l’usure observée dans une dent travaillant à sec. Les observations et analyses morphologiques du comportement à l'usure des dents par Microscopie Électronique à Balayage (MEB) permettent de constater que la détérioration dans les engrenages en PA66 est générée par une combinaison de deux types d’usures abrasion et adhésion avec un effet partiel de la déformation plastique dans certains endroits d’engrenage. C’est le cas de la dent d’injection où l’usure est plus exprimée.L’analyse profonde des profils de l’usure sur le flanc des dents a permis d’une part de développer un modèle géométrique qui montre l’évolution de l’usure, et d’autre part d’établir un modèle mathématique qui prend en compte le profil du nouveau flanc de la dent, provoqué par l’usure. Une loi polynomiale d’ordre deux est retenue sur la base de cinq mesures longeant le profil de la dent de la tête jusqu’au diamètre primitif. Un coefficient de correction de l’usure kw a été intégré pour corriger les courbes de tendance avec les courbes réelles. Enfin, cette loi prend en compte le comportement à l'usure dans les flancs des dents en fonction de la nature du milieu environnant pour servir d’un modèle de prédiction de la durée de vie des engrenages en polyamide. Voir les détails
Mots clés : tribologie, Engrenage, Polyamide PA66, Environnement, Modélisation.
ELABORATION ET CARACTERISATION DE MELANGES A BASE DE PVC PARTIELLEMENT BIO-SOURCES
L’objectif de ce travail est de remplacer les plastifiants toxiques à base de phtalate par des mélanges de plastifiants d’origine biosourcés dans les formulations de poly chlorure de vinyle (PVC). A cet effet, l'huile de tournesol époxydée (HTE) a été synthétisée à partir de l’huile de tournesol (HT). Ensuite l’HTE est transestérifiée pour produire l'ester méthylique de l'huile de tournesol époxydée (EMHTE). L’époxydation et la transestérification sont confirmées par la mesure de l’indice d’oxyrane et par la spectroscopie infrarouge (IRTF). Les mélanges de l’HTE et de l’EMHTE avec le diesters d’isosorbide (DEI) et l'acétylcitrate de tributyle (ATBC) ont été utilisés pour réaliser différentes combinaisons de ces plastifiants dans des formulations à base de PVC. Les propriétés thermiques, mécaniques, morphologiques, rhéologiques et physico-chimiques ont été étudiées en utilisant différents techniques comme la coloration, l'analyse thermogravimétrique (ATG), la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), l'analyse thermomécanique dynamique (DMTA), la traction, la microscopie électronique à balayage (MEB), la volatilité, la migration, l’essai sur le mélangeur interne (plastographe) et la transmission de la lumière. Ces caractérisations ont montré que la stabilisation du PVC est améliorée par l'addition de l’HTE ou de l’EMHTE dans les mélanges de plastifiants par rapport au DEHP. Le DEI et l’ATBC diminuent la Tg et la contrainte et ils augmentent l’allongement à la rupture des films de PVC. La perte de masse par volatilité et par migration diminue dans les mélanges plastifiants par rapport à un seul plastifiant. La transmission de la lumière diminue avec la présence de l’HTE et l’EMHTE. Voir les détails
Mots clés : Epoxydation, Transestérification, Plastification, HTE, EMHTE, ATBC, DEI., PVC
ELABORATION ET CARACTERISATION DES COUCHESMINCES SUR LES ACIERS PAR LES METHODES NONDESTRUCTIVES
Le but de cette étude est l’évaluation et la caractérisation par les méthodes non destructives, les courantsde Foucault et les courants de Foucault pulsés, l’effet des traitements thermiques sur des aciersfaiblement alliés et des aciers inoxydables duplex ainsi que sur des couches minces élaborés parélectrodéposition.Des caractérisations structurales par microscope électronique à transmission (MET), des caractérisationsmécaniques (dureté, résilience,…) et électrochimiques ont été effectuées sur les aciers traités.Les couches minces protectrices contre la corrosion sont élaborées à partir d'un bain de nickel et del'alumine avec une variation de la quantité d'alumine de 5-20g / l. La morphologie de la surface et lamicrostructure des revêtements Ni-Al2O3 ont été déterminées au moyen de la microscopie électroniqueà balayage (MEB) et de la diffraction des rayons X (XRD). Les résultats obtenus de la mesure de ladureté par nano-indentation, la mesure de l'épaisseur et les essais électrochimiques ont abouti à uneaugmentation de la résistance à la corrosion lorsque la quantité d'alumine augmente. Il a été trouvé unebonne corrélation entre les résultats obtenus à partir des essais non destructifs et les méthodestraditionnelles. Voir les détails
Mots clés : corrosion, revêtement, traitement thermique, contrôle non destructif, couches minces.
Elaboration et caractérisation de céramiques ZnO-TiO2.
L'orthotitanate de zinc (Zn2TiO4) de structure spinelle inverse a été préparée par la méthode solide en deux étapes. La première étape consiste à broyer mécaniquement un mélange de poudres de ZnO et TiO2 avec un rapport molaire de 2:1 dans un broyeur planétaire à haute énergie sous atmosphère d'argon. Les poudres broyées ont été ensuite calcinées à 900°C pendant 2 heures, puis pressées en pastilles et frittées pendant 4 heures à 1100°C à l'air. La formation des phases, la microstructure, la morphologie de surface et les propriétés optiques ont été étudiées par diffraction des rayons X, spectroscopies Raman, infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX), microscopie à force atomique et spectrophotométrie UV/visible. Les résultats des rayons X de la poudre broyée pendant 6 h révèlent la présence de Zn2TiO4 nanocristallin (15,5 %,
Mots clés : Broyage mécanique, Système ZnO-TiO2, DRX, SEM
Contribution à l’amélioration des performances du codage turbo dans les systèmes de transmission numériques
Pour bénéficier des propriétés des codes LDPC (Low-Density-Parity-Check) et Turbo Convolutional Codes (TCC), nous proposons un codage concaténé de type Gallager/Convolutionnel codé de la manière turbo. Le code modifié crée un équilibre entre les avantages et les inconvénients de LDPC et TCC en termes de complexité globale et de latence. Cela se fera à travers deux décodeurs SISO différents; LDPC et code convolutif récursif systématique (RSC) du même taux de code R= 1/2 sans entrelaceur. Étant donné que les deux décodeurs SISO sont de natures différentes, ils échangent des informations extrinsèques qui seront facilement adaptées l’une à l’autre. L'étude de la complexité de calcul et des performances de décodage sur un canal AWGN indique qu'une telle approche conduit à d'excellentes performances en raison de plusieurs facteurs. L'approche proposée réalise un compromis entre les régions de convergence et de plancher d'erreur. Il réduit la complexité de décodage par rapport au TCC et au 3D-TCC. Il fournit un meilleur gain de codage sur LDPC et PCGC (Parallel Concatenated Gallager Codes). Ces caractéristiques assureront un rapport coût-performance optimal. Comme ils peuvent être un meilleur choix pour les systèmes de communication d'aujourd'hui. Voir les détails
Mots clés : Complexité de calcul; Code convolutif; Information extrinsèque; LDPC; Concaténation parallèle; Turbo code.
ETUDE ÉLECTROCHIMIQUE COMPARATIVE D’UN ALLIAGE (TiNi) ÉLABORÉ, AVEC UN IMPLANT DENTAIRE EN MILIEU SIMULÉ
Good mechanical compatibility with cellular tissue and corrosion resistance, as well as excellent biocompatibility in body fluids, are required for titanium-based alloys to be materials of choice for biomedical applications such as orthopedic implants and dental. The present thesis aims to obtain TiNi binary alloys developed by vacuum induction, as a possible alternative for dental applications. The TiNi alloys developed as part of this thesis work contain Ni contents ranging from 40 to 60%. The choice of this composition was made, first to check the influence of the Ni content on the formation of the structure and the morphology of the phases and secondly the repercussions of this structure on the final properties of the alloy to know; the mechanical properties, tribological and electrochemical and bioactivity. TA6V4 alloy is used for comparison.For this purpose, the chemical composition of the TiNi alloys and the microstructural evolution was determined by scanning electron microscopy (SEM) coupled to the EDS. The formation and growth of the phases was followed by X-ray diffraction. Instrumented hardness measurements were made to assess the hardness and Young's modulus of the alloys. The coefficient of friction of the TiNi alloys and the wear rate were determined by dry sliding at different loads. The electrochemical characterization in Hank's solution and artificial saliva has been studied by stationary techniques and by EIS at different immersion times. The tribocorrosion behavior was performed in artificial saliva to understand the tribocorrosion mechanisms of TiNi and TA6V4 alloys. The bioactivity tests were performed in the SBF solution after 21 days of immersion. The SEM / EDS and RX results show that the two alloys Ti50Ni50 and Ti40Ni60 have a TiNi type matrix (NiTi), and Ti2Ni and Ni2Ti type precipitated phases. The revealed microstructure for the Ti60Ni40 alloy is a Ti2Ni-based matrix comprising the NiTi intermetallic. This same alloy had the lowest Young's modulus, while the Ti40Ni60 alloy had superior superelasticity, than the other titanium alloys (Ti50Ni50, Ti60Ni40 and TA6V4).All TiNi alloys exhibit better tribological behavior compared to the TA6V4 alloy which results in high wear resistance and low wear. Abrasive and adhesive wear mechanisms have been identified as degradation mechanisms for TiNi and TA6V4 alloys, with the predominant adhesive mechanism for TiNi alloys. The Nyquist and Bode impedance diagrams for all TiNi and TA6V4 alloys show capacitive loops with two time constants, indicating that the passive film is formed of two layers namely, a compact passive internal barrier layer and a porous outer layer. The electrochemical study revealed that all alloys have a passive character. The corrosion resistance of the TA6V4 alloy is greater than that exhibited by the various TiNi alloys. TiNi alloys showed hydroxyapatite formation under in vitro bioactivity conditions of SBF. Voir les détails
Mots clés : Titanium alloys, Young module, superelasticity, wear behavior, corrosion resistance, impedance, bioactivity.
Élaboration par fusion haute fréquence et caractérisation des alliagesAl-Co-Ti.
L’objet de ce travail de thèse est d’étudier l’effet de l’addition du cobalt à l’aluminium pur,pour une teneur en titane constante, sur le comportement microstructural, mécanique,thermique et électrochimique. Ce système d’alliage Al-Co-Ti a été élaboré sous inductionélectromagnétique à haute fréquence et sa caractérisation présente des phases intermétalliquescomplexes telles que Al13Co4, Al9Co2 et Al5Co2. L’addition du cobalt à l’aluminium faitégalement apparaitre une structure quasi cristalline pour les alliages contenant 20%Co et25%Co. Par ailleurs, l’analyse électrochimique montre l’importance de la composition à15%Co par rapport aux autres alliages du point de vue de la tenue à la corrosion. Voir les détails
Mots clés : alliage Al-Co-Ti, élaboration, induction magnétique, microstructure, DRX, dureté, corrosion.