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Conception des micro-résonateurs à base de cristaux photoniques pour des applications capteurs
Les CPs sont des matériaux dont l’indice de réfraction (RI) varie dans différentes directions de l’espace périodiquement. Comme les électrons dans les semi-conducteurs, les photons sont répartis dans une bande de transmission séparée par une bande interdite photonique. Cette analogie permet d’envisager l’utilisation de CPs pour diriger la lumière. L’objectif principal de cette thèse réside dans la conception de nouvelles structures à microrésonateurs à base de CPs pour des applications de détection fonctionnant dans le visible et le moyen-IR. Quatre conceptions ont été proposées, le premier biocapteur proposé est un capteur CP-2D à base d’une cavité en forme de capsule couplée à deux guides d’ondes pour la détection de différentes maladies au stade précoce et la sensibilité peut être améliorée jusqu’à la valeur la plus élevée de 609.25nm/RIU, un facteur de qualité (Q) de 3.8599×105a été obtenu. Une deuxième conception d’un biocapteur CP-2D à base de deux guides d’ondes W1 couplé à un défaut en forme d’anneau pour la détection des stades du paludisme a été présentée. Le dispositif proposé présente une sensibilité élevée de 702.96nm/RIU. Nous avons consacré une dernière partie de ce travail pour les capteurs fonctionnant dans le moyen-IR. Dans un premier temps, nous avons étudié une conception composée de deux guides d’ondes et une microcavité, en utilisant la méthode d’indice effectif et une sensibilité de 758nm/RIU a été atteinte. Dans le but d’améliorer la performance de capteurs à base de CP pour le moyen-IR, une deuxième conception d’un capteur à base de CP à fente pour la détection biochimique a été proposée et une sensibilité élevée de 938nm/RIU a été obtenue. En créant une microcavité dans la zone proche de la fente d’air, une sensibilité de 1343.2nm/RIU et un haut facteur de qualité (Q) d’environ 107ont été obtenus, ces valeurs donnent un (FOM) extrêmement élevé de l’ordre de 106 RIU-1. L’utilisation du capteur proposé pour la détection du méthane (CH4) révèle une sensibilité élevée de 1224.48nm/RIU. Nous avons effectuées toutes les simulations à l’aide des deux méthodes (PWE) et (FDTD) du simulateur FullWAVE et BandSOLVE de RSoft Photonic Suite CAD Voir les détails
Mots clés : Cristaux photoniques, l'optique intégrée, capteurs, guides d’ondes, microrésonateur, FDTD.
Conception des micro-résonateurs à base de cristaux photoniques pour des applications capteurs
Les CPs sont des matériaux dont l’indice de réfraction (RI) varie dans différentes directions de l’espace périodiquement. Comme les électrons dans les semi-conducteurs, les photons sont répartis dans une bande de transmission séparée par une bande interdite photonique. Cette analogie permet d’envisager l’utilisation de CPs pour diriger la lumière. L’objectif principal de cette thèse réside dans la conception de nouvelles structures à microrésonateurs à base de CPs pour des applications de détection fonctionnant dans le visible et le moyen-IR. Quatre conceptions ont été proposées, le premier biocapteur proposé est un capteur CP-2D à base d’une cavité en forme de capsule couplée à deux guides d’ondes pour la détection de différentes maladies au stade précoce et la sensibilité peut être améliorée jusqu’à la valeur la plus élevée de 609.25nm/RIU, un facteur de qualité (Q) de 3.8599×105a été obtenu. Une deuxième conception d’un biocapteur CP-2D à base de deux guides d’ondes W1 couplé à un défaut en forme d’anneau pour la détection des stades du paludisme a été présentée. Le dispositif proposé présente une sensibilité élevée de 702.96nm/RIU. Nous avons consacré une dernière partie de ce travail pour les capteurs fonctionnant dans le moyen-IR. Dans un premier temps, nous avons étudié une conception composée de deux guides d’ondes et une microcavité, en utilisant la méthode d’indice effectif et une sensibilité de 758nm/RIU a été atteinte. Dans le but d’améliorer la performance de capteurs à base de CP pour le moyen-IR, une deuxième conception d’un capteur à base de CP à fente pour la détection biochimique a été proposée et une sensibilité élevée de 938nm/RIU a été obtenue. En créant une microcavité dans la zone proche de la fente d’air, une sensibilité de 1343.2nm/RIU et un haut facteur de qualité (Q) d’environ 107ont été obtenus, ces valeurs donnent un (FOM) extrêmement élevé de l’ordre de 106 RIU-1. L’utilisation du capteur proposé pour la détection du méthane (CH4) révèle une sensibilité élevée de 1224.48nm/RIU. Nous avons effectuées toutes les simulations à l’aide des deux méthodes (PWE) et (FDTD) du simulateur FullWAVE et BandSOLVE de RSoft Photonic Suite CAD Voir les détails
Mots clés : taux photoniques, l'optique intégrée, capteurs, guides d’ondes, microrésonateur, FDTD.
Elaboration and Characterization of BioComposites Reinforced with Washingtonia Filifera Vegetable Fibers
Les matériaux cellulosiques naturels sont des matériaux biodégradables qui jouent un rôle très important dans la protection de l'environnement par la compensation des substances qui contribuent à la pollution. Dans ce travaille de thèse, une nouvelle génération de biocomposites constitués de fibres végétales de Washingtonia Filifera est développée. Une étude détaillée sur les propriétés physico-chimiques, thermiques et mécaniques a été réalisée afin d’évaluer les différents domaines d’application.Les micrographies SEM ont montrés la présence d’une rugosité sur la surface longitudinale de la fibre, alors que l’utilisation des analyses expérimentales FTIR et DRX montrent que l’indice de cristallinité de est 48,88%. L'analyse thermogravimétrique ATG et DTG indique que les fibres WF sont thermiquement stables jusqu'à 200C° avec une énergie d'activation appropriée de 72,46 kJ / mol.Une étude thermo physique est effectuée sur les composites renforcés par des fibres de palmier Washingtonia filifera avec un taux de chargement de 20% (WF20% /PEHD). Les essais de traction donnent un module de Young 858.6 MPa, un allongement de 17% et une contrainte maximale 15 MPa, Des analyses thermiques ATG et DTG ont été réalisées expérimentalement par thermogravimétrie, les résultats montrent bien une stabilité thermique de ce composite à 210°C, une masse résiduelle de 2.5 avec température maximale de 745°C. L’analyse par DRX montre que l’indice de cristallite est 59.2% avec une taille de 23nm. Cette étude thermo-physique permet de choisir un biomatériau industriel dans des conditions réelles Voir les détails
Mots clés : fibre végétale (WF), bio composite(WF20% /PEHD), DRX, ATG et DTG, traction
Etude de la structure et du comportement des alliages légers soudés par friction malaxage FSW
La course à l’allègement des aéronefs constitue aujourd’hui l’un des enjeux principaux de l’industrie aéronautique. L’utilisation de certains alliages d’aluminium couplés à de nouveaux procédés d’assemblages est une bonne réponse à cette problématique. Le procédé de soudage FSW permet notamment la réalisation d’assemblages multi-matériaux en s’affranchissant des problèmes de fusion. Dans le contexte industriel, cette étude constitue un élément de réponse à deux problématiques industrielles peu étudier dans le domaine du procédé FSW. Donc, la compréhension des relations entre le décalage de l’outil par rapport à l’interface originale de la soudure ainsi que la position de chacune des nuances utilisées (2024 « le moins résistant » ou 7075 « le plus résistant ») par rapport au sens de rotation et d’avance de l’outil, nous a permis de développer des tolérances de fabrications à imposer sur les bruts de soudage. Dans le contexte scientifique, l’objectif est d’étudier l’effet des hétérogénéités microstructurales induites par le soudage sur les hétérogénéités de comportement mécanique dans les joints soudés. La corrélation d’images numériques a été utilisée pour définir la réponse mécanique (σnominale – εvraie) dans chacune des zones constituant ces soudures. En complément, des essais sur des mini-éprouvettes prélevées dans l’épaisseur des joints ont permis d’établir le comportement local (σvraie – εvraie) dans chacune des zones du joint. La rupture des soudures FSW a été observée dans la zone située aux minima des profils de microdureté. Afin de mieux caractériser la soudure, il est nécessaire d’évaluer la répartition des contraintes résiduelles induites dans celle-ci. Ces dernières peuvent modifier la structure et les propriétés initiales du matériau. La méthode ultrasonore a été choisie en utilisant l’onde longitudinale subsurfacique (LS). Cette méthode a l’avantage d’être non destructive, rapide et applicable sur site. Voir les détails
Mots clés : FSW, d’aluminium, mécanique, microstructure, CIN, ultrason, contraintes résiduelles
Synthesis, Characterization, and Photocatalytic Activity ofBa-Doped BiFeO3 Thin Films.
Abstract: In the present paper, Bi1-xBaxFeO3 (BBFO) thin films (where x = 0, 0.02 and 0.05) wereprepared by a combined sol-gel and spin-coating method. The influence of Ba substitutions on thestructural, microstructural, optical properties, and photocatalytic activity of BiFeO3 thin films hasbeen studied. X-ray diffraction pattern correlated with FTIR analysis results confirms that all thefilms have a perovskite structure of rhombohedral symmetry with an R3m space group. Atomicforce microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate thesurface morphology and reveals microstructural modifications with the increase in Ba concentration.The optical properties show that the band gap is narrowed after doping with Ba ions and decreasesgradually with the increase of doping content. The photocatalytic investigations of depositedfilms revealed that Ba doping of BFO material leads to the enhancement of photocatalytic response.The present data demonstrates that Bi1-xBaxFeO3 (BBFO) thin films can be used in photocatalyticapplications. Voir les détails
Mots clés : perovskites; films; optical properties; doped BaTiO3; photocatalytic activity
Characterization and analysis of novel natural cellulosic fiber extracted from Strelitzia reginae plant
The purpose of this study is to evaluate in detail the usability of new cellulosic fibers extracted from the stem of the plant Strelitzia reginae, as a potential reinforcement for polymer composites. The morphological, physical, thermal, and mechanical properties of fibers were addressed for the first time in this paper. Both untreated and alkali-treated fibers were characterized, using scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), optical microscope, and X-ray diffraction (XRD) and applying tensile test for determining the mechanical behavior. For both fiber treated at one hour (T1H) and at four hours (T4H), the stem anatomy and fiber SEM micrographs showed a strong presence of fiber cells. Thermogravimetry and DSC showed that the fiber was thermally stable up to 233°C for untreated fiber, 254 and 240°C, respectively, In single-fiber tensile tests, it was observed that the fibers extracted from the stem of Strelitzia reginae were strong. The mean values of Young’s modulus exhibited by untreated fibers and treated (T1H) and (T4H) are, respectively, 9.89 GPa, 12.08, and 18.39 GPa. Also mean values of tensile strength are 271.79, 306.23, and 421.39 MPa. The XRD reveals the presence of cellulose with a Crystallinity Index of 70% for raw fiber and 72% for the treated one. Fourier-transform infrared analysis well demonstrated the effect of chemical treatment. It can be concluded from the results of all above experiments that the Strelitzia reginae fibers (SR) could serve as a possible reinforcement in composite materials. Voir les détails
Mots clés : natural fibers, Biocomposite, Surface analysis, SEM, FT-IR, thermal analysis, TGA, XRD, DSC
A novel nature-inspired maximum power point tracking (MPPT) controller based on ACO-ANN algorithm for photovoltaic (PV) system fed arc welding machines
In this paper, a metaheuristic optimized multilayer feed?forward artificial neural network (ANN) controller is proposed to extract the maximum power from available solar energy for a three-phase shunt active power filter (APF) grid connected photovoltaic (PV) system supplying an arc welding machine. Firstly, in order to improve the maximum power point (MPP) delivered by PV arrays and to overcome the drawbacks in the conventional MPPT method under irradiation variation, a hybrid MPPT controller is designed, in which the input parameters include the PV array voltage and current, and the output parameter is the duty cycle of the DC/DC boost converter. The proposed approach abbreviated as ANN-ACO MPPT controller is based on an ant colony optimization (ACO) algorithm which is useful to train the developed ANN and to evolve the connection weights and biases to get the optimal values of duty cycle converter corresponding to the MPP of a PV array. Secondly, aiming to meet the various grid requirements such as power quality improvement, distortion free signals etc., a three-phase shunt APF is utilized, and a direct power control algorithm is designed for distributing the solar energy between the DC-link capacitor, arc welding machine and the AC grid. Finally, the performance of proposed control system is confirmed by simulation tests on a 12.2 kW PV system. Both simulation and experimental results have demonstrated that the deigned ANN-ACO MPPT controller can provide a better MPP tracking with a faster speed and a high robustness with a minimal steady-state oscillation than those obtained with the conventional INC method. Also, with the use of a three-phase shunt APF, all the power fluctuations from the arc welding machine disturbances are damped out and the output active and reactive power become controllable. Voir les détails
Mots clés : Solar Photovoltaic (PV) system, DC/DC boost converter, three-phase shunt APF, Hybrid ACO-ANN MPPT control, Feed-forward artificial neural network (ANN), Ant Colony Optimization (ACO) algorithm, Arc welding machine
Design and real?time implementation of an adaptive fast terminalsynergetic controller based on dual RBF neural networks for voltagecontrol of DC–DC step?down converter
In this study, an improved Adaptive Fast Terminal Synergetic Controller (AFTSC) using Dual Radial Basis Function (RBF)Neural Networks (NNs) for output voltage control of an uncertain DC/DC step-down converters is proposed. Using theconsidered AFTSC, the with new manifold proposed here enables the DC/DC step-down converter’s state variables to trackthe preferred reference voltage in presence of disturbances from any initial condition with proper precision and limited time.To rendering the design more robust, a sort of dual RBFNNs are utilized to approximate in real-time unknown converternon-linear dynamics and reduce the modeling error without calling upon usual model linearization and simplifcations. Thestability of the closed-loop system is assured by means of the Lyapunov method. Considering the PWM DC–DC step-downconverter as an example, the considered adaptive RBFNN-FTSC law is studied in detail and implemented on a dSPACEds1103 card. All the simulation and experimental results illustrate the efciency and feasibility of the suggested controller. Voir les détails
Mots clés : Synergetic control (SC), Radial basis function neural network (RBFNN), · Fast terminal technique, Limited time, DC/DC step-down converter
Dissimilar welding of aluminum alloys 2024 T3 and 7075 T6 by TIG process with double tungsten electrodes
The aim of this work is to study the metallurgical and mechanical properties of dissimilar assemblies of 2024 T3 and 7075 T6 structural hardening aluminum alloy by the TIG twine electrode arc welding process. It will include a weld performed according to optimized welding parameters followed by a study of the macroscopic and microscopic evolution of the dissimilar assembly (2024-7075) using optical and scanning electron microscopy (SEM); in addition, the phase compositions were analyzed with an energy dispersive spectrometer (EDS). Tensile and microhardness tests were performed. The tensile fracture was observed by SEM. This paper suggests that when the double tungsten electrode TIG welding is used, a stable arc has been formed with a good bead appearance. The heat dissipated by the arc generates several zones (molten zone (WZ), bonding zones (LZ), heat-affected zones (HAZ)) with different microstructures or precipitates of the type θ (Al2 Cu), S (Al2 Cu, Mg) and η (Mg Zn2), S (Al2 Cu Mg) are formed in the heat-affected zone (HAZ) of base metals 2024 and 7075 respectively. The microhardness is lower in the molten zone and higher in the heat-affected zone of 7075 T6 alloy, which cried out an embrittlement and a 44% and 37% drop in the tensile strength of 7075 T6 and 2024 T3 base metals respectively. Voir les détails
Mots clés : 2024 and 7075 aluminum alloy, Aluminum with structural hardening, microstructure, Double electrode TIG processing, Dissimilar welding
Synthesis and characterization of hydroxyapatite powder derived of eggshell by precipitation method
Hydroxyapatite is the inorganic material with formula Ca10(PO4)6(OH)2. It is one of bioceramic was used for one repairs, fixing defects of filing voids in biomedical fields. The use of chicken eggshell is one of the natural sources to obtain the calcium phosphate compounds. The main objective of this study is to synthesize the hydroxyapatite by precipitation method from eggshell. The raw eggshell was calcined at 850°C for 2 hours following by grinding for 16 hours. The HA powder was synthesized by wet chemical method, using eggshells and phosphoric acid (H3PO4). X-ray diffraction spectroscopy (XRD, Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to characterize the morphology, composition and distribution of the particles. The Thermos gravimetric analysis (TGA-DTA) was also carried out to evaluate the stability of the synthesized HA powder. The particle-size distribution (PSD) of the powder was determined by the laser scattering particle size distribution analyzer. The results showed that the sintered at 1000°C of HA powder resembles the feature of pure and single apatite phase having favorable Ca/P ratio. Voir les détails
Mots clés : hydroxyapatite, Bioceramics, synthesis, Eggshell, Precipitation.