Département de Génie Mécanique

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Elaboration et caractérisation de nouveaux composites à base de fibres d'origine végétale et animale chargées d'un matériau à changement de phase.
(Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou, 2019-07-15) Djefel, Dihia
Lesmatériaux à changement de phase sont étudiés depuis des décennies dont le but de comprendre les propriétés thermiques qu’ils présentent. Notre travail de thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de nouveaux matériaux composites intégrant les matériaux à changement de phase (MCPs) par la méthode d’imprégnation. Pour piéger le MCP en fusion, des matrices choisies parmi des matériaux naturels en abondance en prenant soin de les présenter sous forme de poudres. L’objectif est de déterminer un composite MCP à forme stabilisée incorporant des matériaux légers disponibles dans la nature (grignon d’olive, marc de café ainsi que leurs dérivés). La première étape de ce travail a porté sur la préparation des matrices d’origine végétale (lavage, rinçage et broyage en poudre fine) et l’élaboration des composites MCPspar imprégnation directe suivie d’une compression uni-axiale à froid pression à froid. Des pastilles composites MCP sont obtenues et sont utilisées dans la caractérisation thermique (conductivité thermique, enthalpie et point de fusion). Par ailleurs, l’ajout du Graphite en faible pourcentage a permis une amélioration sensible de la conductivité thermique des composites MCPs, utile pour la cinétique de charge et de décharge thermique. La deuxième étape de ce travail qui constitue le cœur de la thèse est consacrée à la caractérisation thermo-physique des composites élaborés (Masse volumique, FT-IR. MEB, DSC, ATG et Hot disq). Sur la base des propriétés intéressantes obtenues, le composite MCP Poudre de Grignon d’Olive/Acide Stéarique/Graphite (PGO/AS/Gr) a été sélectionné pour une application dans un système de stockage thermique par chaleur latente (SSTCL). Un prototype d’échangeur stockeur a été mis au point pour être testé en conditions réelles afin d’évaluer les performances de stockage par chaleur latente de ce système. En complément de cette étude expérimentale, une simulation par le code de calcul COMSOL Multiphysics a été réalisée pour mettre en évidence la propagation du front de fusion à partir de la source chaude ainsi que les profils de températures dans le composite MCP. Les résultats obtenus sont ensuite confrontés avec ceux des essais expérimentaux de l’échangeur stockeur.
Synthèse des composés intermétalliques des métaux de transition et étude de leur application dansles matériaux composites
(UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI TIZI OUZOU, 2022-10-20) Kheloui, Kahina
Ce travail porte sur la synthèse des aluminures métalliques de transition par synthèse à haute température auto-propagée (procédé SHS) et son inclusion en tant que dispersoïdes dans une matrice de cuivre pour élaborer un composite à matrice métallique (MMC) par frittage. Dans une première étape, les aluminures de Fe, Co et Cu sont synthétisés par frittage réactif et transformés en poudres. Dans le cas de Fe-50% Al (at. %), uniquement le composé FeAl qui se forme après frittage à 1100 °C. Il apparaît que la réaction évolue à température en faveur de la formation du composé FeAl seul. Ainsi, dans le cas du Co-50% Al (at.), fritté à 950°C, seul le composé intermétallique CoAl s'est formé. La réaction rapide et exothermique du fer, du cobalt et du cuivre avec l'aluminium a été démontrée par analyse thermique différentielle (ATD) et analyse dilatométrique. Puis, après broyage et mélange avec de la poudre de cuivre, il a été fritté pour obtenir un composite à matrice métallique. La caractérisation microstructurale a été réalisée par diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage et à transmission (MEB et MET) pour comprendre les mécanismes de frittage. Les résultats indiquent que le frittage en phase liquide (FPL) conduit à une densité relative plus élevée, d'environ 98,5 %, par rapport au cas du frittage en phase solide (FPS), qui est de 95 %. Au cours du frittage en phase liquide, la diffusion efficace du Cu fondu, favorisée par l'aspiration capillaire du liquide, permet de remplir complètement les pores préexistants dans le CoAl pour former des précipités de Cu de taille submicroniques dispersés de manière homogène au sein des particules de renfort. La formation de précipités aciculaires de CoAl, de tailles submicroniques, dans la matrice de Cu est causée par le mécanisme de dissolution-précipitation. Les valeurs de microdureté mesurées dans les particules de renfort CoAl et dans la matrice Cu du composite fritté en phase liquide sont supérieures à celles obtenues pour le composite fritté en phase solide, ce qui concorde avec les résultats de la caractérisation microstructurale. Du point de vue du comportement tribologique, nous avons constaté que le composite fritté en phase liquide présente une bonne résistance à l'usure avec un meilleur coefficient de frottement - 0,8. Ceci est probablement dû à l'augmentation des caractéristiques tribologiques de la matrice grâce à l'interdiffusion des éléments (Co et Al dans la matrice Cu et du Cu dans les nanoporesCoAl), ce qui augmente les propriétés de la matrice et des particules de renfort
Contribution à l'analyse éxpérimentale de mélanges élastoviscoplastiques issus de matériaux recyclés.
(UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI TIZI OUZOU, 2023-02-18) Djeddi, Fadila
La matière première des polymères est extraite des hydrocarbures dont les réserves mondiales sont en déclin permanent. En comparaison de leurs faibles coûts de production et de leurs propriétés exceptionnelles, un grand nombre d’entre eux ont remplacé le métal et le bois dans divers utilisations. Cette grande consommation ainsi engendrée des polymères épuiseront non seulement les ressources naturelles non renouvelables mais génèrent aussi des déchets en quantité croissantes, qui par ailleurs polluent l’environnement et contribue au réchauffement climatique, un défi majeur actuel. Face à l’urgence de la situation, les initiatives des gouvernements et de la société civile se multiplient pour tenter d’apporter des réponses aux différentes problématiques environnementales. Parmi ces problématiques, la gestion des produits en fin de vie a fait l’objet de nombreuses réglementations dans le but de diminuer la quantité de déchets non traités et surtout de déployer des solutions de recyclage pour ces produits et ainsi faire des déchets une nouvelle ressource. Dans un tel contexte de préservation de l’environnement et des ressources, notre contribution s’est focalisée sur l’étude de l’amélioration des propriétés mécaniques de matériaux polymériques obtenus par mélangeage physique de deux polymères compatible, le PPC et le PPH, à caractéristiques mécaniques différentes mais complémentaires. L’autre partie de l’étude concerne l’obtention de matériaux à partir d’un mélange de deux polymères immiscibles et incompatibles, le polypropylène (PPC) et le polyamide (PA6.6). Nous avons complété cette étude de l’influence des concentrations en mélange sur les propriétés mécaniques en considérant par ailleurs les effets du vieillissement thermique induit sur l’amélioration de ces propriétés. Le recyclage des déchets polymériques issus des véhicules automobiles hors d’usage (VHU) a de même fait partie des préoccupations et contribution de ce travail. L’analyse des différents résultats obtenus a été corrélée à l’étude des microstructures issues de ces mélanges en considérant leur faciès de rupture obtenus par MEB (Microscope Electronique à Balayage).
Approche numérique et expérimentale d'aide au diagnostic vibratoire des systèmes mécaniques par la transformée en ondelettes
(UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI TIZI OUZOU, 2023-01-26) Belaid, Kamel
La détection des composantes non-stationnaires cachées dans un signal est un problème très répandu dans de nombreux domaines. Dans la surveillance des machines tournantes, la plupart des défauts génèrent des signaux transitoires ; ces défauts affectent de nombreux composants de la machine tels que les roulements et les engrenages. L’analyse basée sur le signal vibratoire s’est imposée comme la principale signature qui permet de détecter les défauts des machines. Les vibrations transitoires générées par ces défauts représentent la convolution des forces d’excitation (impulsions périodiques) par la fonction de réponse impulsionnelle (résonances) de la structure de la machine. Les résonances peuvent être considérées comme un amplificateur des impacts de faible énergie. Le diagnostic est basé sur l’identification de ces forces d’excitation par l’analyse des réponses des résonances excitées. L’identification des peignes de raies espacées par les fréquences du défaut autour des résonances est souvent difficile ou impossible avec l’analyse spectrale classique. En pratique, les fréquences de résonance, qui dépendent de la vitesse de fonctionnement et de la nature de l’impulsion, s’étendent de quelques dizaines de hertz à plusieurs kilohertz, et chaque résonance peut contenir des informations complémentaires sur les défauts ; il est donc nécessaire d’analyser plusieurs résonances pour prendre des décisions correctes dans le diagnostic des défauts. L’objectif de la thèse est la détection, l’analyse et la caractérisation des résonances excitées par les défauts des roulements et des engrenages en utilisant la redondance de la transformée continue en (TCO) et la mesure d’éparsité (SM-sparsity measurement) comme critère de sélection des paramètres optimaux. La méthode proposée se déroule en deux étapes. Tout d’abord, la TCO est calculée avec un vecteur d’échelle qui couvre la gamme des moyennes et hautes fréquences du signal analysé, avec des incréments de 0,1. Les coefficients d’ondelettes à l’échelle de résonance ont la forme d’un train d’impulsions avec les mêmes caractéristiques de la résonance et une grande amplitude. En s’éloignant de la valeur de l’échelle de la résonance, la ressemblance avec les impulsions du défaut diminue continuellement jusqu’à devenir du bruit. Ainsi, les échelles des résonances excitées avec un rapport signal-bruit plus élevé sont révélées clairement par la maximisation de l’indicateur d’éparsité (SMM). Cette méthode de sélection des échelles basée sur la SMM permet de sélectionner plus d’une ou deux fréquences de résonance. En deuxième partie, le signal est soumis à un filtrage passe-bande autour de chaque résonance localisée afin de détecter la bande de fréquences contenant le défaut. Les bandes passantes sont obtenues en ajustant les valeurs du facteur de forme de l’ondelette de Morlet complexe. La bande optimale où le SNR est le plus élevé peut être déduite à l’aide du SMM. Cette technique permet de localiser avec précision toutes les échelles de résonances présentes dans un signal, y compris celles de faible énergie, et la bande de filtrage optimale de chaque résonance. L’efficacité de la méthode proposée a été vérifiée par des simulations numériques et par des signaux de vibrations de défauts provenant de bancs d’essai. Les résultats montrent que la méthode proposée permet une identification et une localisation précises d’un seul ou même de plusieurs défauts.
Comportement des métaux multiphasés sous sollicitations dynamiques.prise en compte des transformations métallugiques.
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2023) Zerouki, Marzak
The present work deals with the experimental and numerical study of cylindrical slugs and thin tubes in stainless steel (AISI 304L) in quasi-static and dynamic (impact) regime taking into account the martensitic transformation. An exhaustive bibliographical research was carried out on stainless steels with TRIP effect, thermodynamics of the martensitic transformation and numerical models taking into account the effect of the deformation rate and the kinetics of the transformation. A battery of experimental tests were carried out: axial compression tests in quasi-static and dynamic regime at different deformation rates. Metallurgical and magnetic characterisations (SEM, XRD, VSM, microhardness and hardness) were conducted on specimens before and after deformation. The creation of martensite in the specimens after deformation was demonstrated. Quantification of the martensite fraction was realised with ImageJ software on micrographic captures. A decrease in the amount of martensite formed with increasing strain rate was detected. The viscoplastic Abedvoyadjis model in the case of CFC and CC was combined with the transformation kinetics. The extended model was then implemented in the Abaqus/Explicit finite element code using the VUMAT subroutine. The proposed numerical model was validated on a volume element. Thereafter a parametric study was launched to calibrate and estimate the effect of each parameter on the macroscopic behaviour of the steel investigated. Another study was also conducted on the effect of the mesh size on the numerical response of the implemented model. Numerical simulations were performed on slugs and tubes at different strain rates in the quasi-static condition. The proposed model accuratelyreproduces the experimental data.
Rhéologie des matériaux à seuil de cisaillement élevé, Expérimentation et modélisation
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2022-11-13) Kemer, Houssam
Résumé Cette thèse fournit un nouveau modèle analytique pour estimer le seuil d'écoulement des suspensions, telles que la pâte cimentaire durable à seuil de cisaillement élevée, basée sur la diffusion d'un volume fini de pâte sur une surface plane. En considérant le rayon (R) et la hauteur (h) de l'échantillon à l'arrêt de l'écoulement, différents régimes asymptotiques, où h < R ou h > R, conduisent à différents modèles analytiques qui permettent la détermination de la contrainte critique. Les observations expérimentales ont montré clairement la zone non déformée à l'arrêt de l'écoulement des échantillons à haute contrainte critique. Sur la base de ces observations, une idée a été formulée pour appliquer un élément métallique à l'entrée du moule afin de pousser l'étalement de la pâte. La validité de notre modèle a été évaluée à partir des données obtenues avec différentes dispersions des pates cimentaires durables. La contrainte critique mesurée avec le modèle empirique proposé a été comparée à la contrainte critique estimée à partir des courbes d'écoulement en cisaillement obtenues avec la géométrie plan/plan rugueuse ajustée avec le modèle Herschel-Bulkley. Les résultats montrent la nouveauté et l'applicabilité du présent modèle dans le processus de mise en relation des paramètres empiriques avec la contrainte critique. D’autre part, et dans le même axe, cette thèse examine le comportement rhéologique de la pâte de ciment durable sous le contrôle de certains paramètres physiques de nouvelles sources d'ajouts cimentaires telles que bentonite calcinée (BC), la diatomite calcinée (DC) et la fumée de silice (FS), respectivement. En prenant en considération le rapport eau/liant (E/L) et les réducteurs d'eau à haut rendement (PCE et PNS).
Etude expérimentale et numérique du comportement mécanique des aciers à effet TRIP : application à la mise en forme
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2021) Sidhoum, Zehra
Les aciers à effets TRIP ont l'avantage de présenter un très bon compromis résistance ductilité, leur utilisation a permis la réduction des épaisseurs des tôles constituant une caisse en blanc, réduisant ainsi leur poids tout en améliorant leur rendement. L'objectif de cette thèse est l'étude expérimentale et numérique du comportement mécanique des aciers à effet TRIP : Application à la mise en forme. L'acier en question est l'acier TRIP entièrement austénitique du type 304L. Pour mener à bien cette étude, nous avons divisé notre travail endeux grandes parties : Etude expérimentale : Cette partie est réservée à l'identification expérimentale du comportement mécanique de l'acier 304L, à la caractérisation de la transformation martensitique induite par déformation plastique et la mise en forme par pliage. Etude numérique: elle est consacrée à la modélisation du comportement mécanique en traction avec prise en charge l'évolution de la structure austénitique ainsi qu'à la simulation d'une opération de pliage par l'implémentation dans le code de calcul éléments finis Abaqus d'un modèle de comportement des aciers austénitiques instables. Pour cela, nous avons utilisé un modèle phénoménologique développé par Iwamoto et al. Le modèle est implémenté dans le code de calcul éléments fini abaqus à l'aide d'une subroutine Vumat écrite en utilisant le langage de programmation Fortran.
Contribution à l'étude du vieillissement thermo-oxydant d'un caoutchouc SBR
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2021) Rezig, Naima
L’objectif de cette thèse est l’étude des conséquences de la thermo-oxydation sur la structure chimique et le comportement mécanique du Styrène Butadiène Rubber (SBR). Un vieillissement accéléré en étuve ventilée a été effectué àdifférentes températures (50, 70, 90 et 100°C) pour des périodes de 7, 14, 21, 28, 35, 45 et 60 jours, respectivement.L’ensemble des échantillons vieillis a été caractérisé par des essais de traction uniaxiale, des mesures de dureté, des analyses FTIR-ATRet des tests de gonflement. Le vieillissement thermique a entraîné une diminution de la masse molaire et des propriétés mécaniques à la rupture, tandis que la densité de réticulation et la mesure de dureté augmentent. L'analyse FTIR-ATR montre des changements importants de la microstructure des échantillons SBR avant et après le vieillissement. Ces résultats indiquent que le vieillissement thermique occasionne des changements significatifs des propriétés chimiques et mécaniques du SBR. En effet, cette étude montre que le vieillissement est dominé par le processus de thermo-oxydation, qui est principalement prononcé à haute température.Le principe d'équivalence temps-température est appliqué pour construire des courbes maîtresses décrivant l'évolution de certaines quantités telles que la masse molaire entre deux nœuds de réticulation, la résistance à la traction et la déformation à la rupture en fonction du temps réduit. Une modélisation prédictive de la contrainte et de la déformation à la rupture en fonction du temps de vieillissement effectif est proposée. Ainsi, la simulation numérique montre une bonne adéquation avec les résultats expérimentaux. Par ailleurs, l’existence d’agrégats de charges dans le matériau peut être considérée comme un concentrateur de contrainte d’où l’extension de notre étude à l’interaction vieillissement thermo-oxydant, ténacité et défaut intrinsèque.
Développement de modèles éléments finis pour le traitement de phénomènes non linéaires dans les milieux corrosifs
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2019-11-04) Boukhlef, Djedjiga
Le présent travail, porte sur le développement de modèles éléments finis en exploitant des outils de simulation numérique pour la résolution d’une équation de Laplace qui traduit le comportement du potentiel électrique scalaire dans une solution électrolytique. Le développement de ces modèles nécessite la prise en compte du phénomène physique de dégradation de l’état de surface de matériaux conducteur par l’intermédiaire du phénomène de corrosion. La prise en compte de cet aspect dans la simulation numériqu e amène à associer l’équation de la déformation mécanique afin de représenter la déformation de la frontière à l’interface entre le liquide et le solide (matériau conducteur). L’autre phénomène rencontré dans les interfaces solide -liquide est la formation de couche d’oxyde sur l’interface (phénomène d’anodisation) qui a aussi été pris en considération. Dans la simulation du phénomène de dégradation de l’état de surface du matériau conducteur les milieux correspondants à l’anode et à la cathode sont traités sous formes de conditions aux limites à travers la recherche d’une solution analytique à une dimension. Les modèles développés pour le traitement des phénomènes de corrosion et de dépôt de matière associent à la fois un couplage de phénomènes physiques : équation de conduction et de déformation mécanique ainsi qu’une association de méthodes à savoir : une méthode numérique basée sur l’utilisation des éléments finis et une méthode analytique de résolution d’équation différentielle. L’outil de simulation numérique COMSOL Multiphysics a été exploité pour la mise en œuvre informatique des modèles de couplage en hypothèse bidimensionnelle. Dans la première étape ; les propriétés physiques ont été considérées constantes telle que la conductivité électrique. L’étude en hypothèse non linéaire a consisté en l’introduction d’une conductivité électrique fonction du potentiel scalaire. Les résultats sont fournis principalement en termes de distribution de potentiel électrique, de l’évaluation de la profondeur de la déformation ainsi que de la densité de courant. L’effet de la variation de plusieurs paramètres sur la distribution de potentiel électrique et la densité de courant a été mis en évidence tels que la valeur de la conductivité électrique, les dimensions des électrodes, la disposition des électrodes et la distance inter-électrodes.
Elaboration et caractérisation de l'Aluminium à Grains Fins
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2022) Hadj-Ali, Youcef
Dans ce travail nous nous intéressons à l’élaboration d’un aluminium à grains fins par la technique dite ECAP(Equal channel angular pressing) à partir d’un fil d’aluminium AA1370, celle-ci permet la modification de sa structure, sa microstructure et de ses propriétés mécaniques par déformation plastique sévère (SPD), en faisant varier l’angle d’intersection du canal (90°, 120°) et le nombre de passe dans l’ECAP. Par la suite, l’étude comprend une caractérisation microstructurale par microscope optique et électronique à balayage puis une étude par diffraction à rayon X et une caractérisation mécanique par microdurté, pour terminer par une caractérisation électrochimique et morphologique de la corrosion. Enfin, une comparaison des résultats obtenus à partir des échantillons déformés et non déformés, nous permet de mettre en évidence l’effet de la SPD sur les caractéristiques mécaniques et électromécaniques de l’aluminium AA1370.
Etude du contact mécanique et amélioration des performances tribologiques de polyméres par adjonction de micro et nano particules
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2022) Beldi, Mustapha
L'incorporation d'huile lubrifiante à des niveaux élevés dans les matériaux composites époxy permet d'obtenir des matériaux à faible frottement et faible usure. Cette thèse évalue le comportement à l'usure d'un composite à base d'époxy obtenu par l'ajout d'huile lubrifiante et de charbon actif. Une teneur en huile allant jusqu'à 31 % en poids est piégée et maintenue dans la matrice par la présence de charbon actif. Les expériences d'usure sont effectuées sur un tribomètre de type "pion-disque" conçu et réalisé à l’université Mouloud MAMMERI de Tizi-Ouzou. Les tests sont effectués sur des pions de différentes compositions glissant sur des disques en acier (XC48) dans des conditions de frottement à sec. L'effet de divers paramètres tels que la vitesse de glissement et la charge a été étudié. Les surfaces d'usure sont analysées en utilisant un microscope électronique à balayage pour observer les différents mécanismes d'usure. Les résultats montrent que l'ajout de charbon actif a permis de piéger de grandes quantités d'huile dans la matrice. Cela a permis de réduire considérablement le coefficient de frottement et d'augmenter la capacité de l'échantillon à supporter des valeurs plus élevées de vitesses de glissement et de pressions.
Instabilites plastiques en emboutissage de toles minces
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2021-08-15) ILLOUL, Cherif
Lestravaux développés dans cette thèse se rapportent à la problématique liée aux instabilités plastiques en emboutissage de tôles minces. Ce thème est abordé pour deux types de matériaux constitutifs à savoir: l’acier et l’alliage d’aluminium. Premièrement, Le comportement mécanique de deux tôles en acier est modélisé et une procédure d’identification a été mise en place. Un calcul à l’instabilité est ensuite mené par la mise en œuvre du critère de Swift, ce qui a conduit au tracé des courbes limites de formage avec examen de l’influence des paramètres de chaque tôle sur les limites de formabilité. En second lieu, une caractérisation expérimentale a été mise en œuvre pour l’étude du comportement mécanique et à la corrosion de corps de canettes en alliage d’aluminium. La discussion des résultats expérimentaux, est orientée vers l’examen de la relation entre les instabilités plastiques observées et le comportement de l’alliage à la corrosion. Le bilan de la prévision de tôles en acier aux instabilités plastiques est le suivant : d’une part pour les tôles présentant un faible coefficient d’anisotropie plane, nous avons conçu un outil de prédiction à partir de modèles qui décrivent mal la traction plane et d’un critère à striction diffuse qui est conservatif mais qui reste à réinterpréter.D’autre part, pour les tôles en orthotropie totale, le modèle mis en place décrit mal la traction hors axes. Concernant la caractérisation des comportements mécanique et chimique de corps de canettes en alliage d’aluminium, nous retenons que les instabilités mécaniques et la sensibilité à la corrosion sont liées à l’hétérogénéité d’épaisseur et à la présence de magnésium dans l’alliage.
Etude de la croissance cristalline de type Kyropoulos
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020) Zermout, Samir
Le saphir monocristallin (Al2O3) possède des propriétés physiques, chimiques et optiques exceptionnelles, ce qui en fait un excellent matériau pour les applications dans la haute technologie telle que les lasers, l’optique non linéaire, l’industrie optoélectronique et autres. Les substrats de saphir ont pris, ces dernières années, une place importante dans la fabrication des dispositifsà semi-conducteurs(SOS) et les performances de ces matériaux dépendent notamment de la qualité et de l’homogénéité du saphir utilisé comme substrat et également des impuretés qu’il contient. Étant donné que la croissance cristalline de la plupart des cristaux synthétisés s’effectue à des températures très élevées, le processus de cristallisation du saphir doit être très bien contrôlé (la température de fusion du saphir est de 2050 C˚). En effet, une mauvaise maîtrise de variation de la température peut mener à l'échec du processus de croissance, et de ce fait, un contrôle bien précis de la température est indispensable. Par conséquent, il apparaît qu'une bonne compréhension du comportement thermique de la chambre chaude de croissance, de même qu'une étude approfondie des phénomènes physico-chimiques impliqués pendant la synthèse tels que l’écoulement du bain fondu ou le transfert de masse, sont des paramètres clés pour réussir la croissance des cristaux de saphir d’un grand diamètre et de haute qualitéstructurale. Dans la présente thèseet afin de pouvoir améliorer la qualité des cristaux de saphir obtenus par la méthode Kyropoulos, nous avons mené des simulations numériques en utilisant la méthode des éléments finis dans laquelle nous nous intéressons à la modélisation des mécanismes affectant l’hydrodynamique du saphir liquide au sein du creuset, la thermique dans la chambre chaude de croissance et la thermoélasticité du cristal cultivé. Nous nous concentrons sur les différentes étapes du processus de croissance à savoir : l’étape avant la connexion du germe avec la surface libre du saphir fondu, ensuite à l’étape juste au contact avec la surface libre (début de germination) et enfin au cours de la formation du cristal (étape intermédiaire de la croissance). Nous y parvenons en étudiant l’effet géométrique des formes d'angle du creusetsur la convection naturelle du bain fondu et nous mettons en évidence les éléments d’information apportés par le chauffage résistif supplémentaire (placé au-dessous de la base du creuset)et la convection forcée générée par la rotation du cristal. En particulier, les champs de température et de vitesse dans un bain de Kyropoulos ainsi que la convexité de l’interface cristal-liquide sont calculés dans chaque configuration étudiée afin de choisir une forme appropriée du creuset en fonction des autres paramètres de contrôle qui régissent le processus de cristallisation. Une série de simulations dans différentes conditions a été également réalisée pour calculer les contraintes thermoélastiques tridimensionnelles (3D) dans le monocristal de saphir suivant l’orientation cristallographique basalec(0001) tout en mettant l’accent sur son aspect anisotrope.
Elaboration et caractérisation d'un composite biodégradable a matrice polymère et renfort nature
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020) Meghlaoui, Bahia
Ce travail consiste à l’élaboration et la caractérisation de nouveaux composites biodégradables à matrices polymères et renfort naturel. Un intérêt particulier est porté sur les fibres extraites de la plante Alfa comme renfort dans les composites à matrice polyéthylène à haute densité (PEHD) et à matrice polystyrène (PS) avec des taux allant de 0% à 30% en poids de fibres. Nous nous sommes intéressés particulièrement à la problématique d’adhésion à l’interface fibre/matrice, issue de l’incompatibilité entre les deux phases immiscibles. Dans le but de réduire ce phénomène, la modification de la surface des fibres est primordiale. A cet effet, nous avons opté à la modification par voie chimique, où le traitement alcalin a été adopté. De ce fait, les fibres d’alfa ont été traitées par la soude caustique (NaOH) en utilisant trois concentrations différentes 1%, 3% et 5 % pendant 24h, 48h et 72h. La mise en évidence de la modification sur les fibres d’alfa a été examinée par l’Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF), la Diffraction à Rayons X (DRX), le Microscope Optique (MO), la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), l’Analyse Thermogravimétrique (ATG), l’absorption d’eau et la perte en masse. Par ailleurs, une série expérimentale a été effectuée, qui se concentre sur les essais de caractérisation du matériau en traction, en flexion à trois points et au choc Charpy. Des mesures complémentaires de l’absorption d’eau sont également considérées. Ces essais vont permettre de déterminer l’effet du traitement alcalin sur les propriétés morphologique, physico-mécaniques des nouveaux matériaux composites.
Elaboration de nouveaux composites pour l'amélioration de l'inertie thermique des matériaux de construction
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020) Khedache, Souad
Résumé Les pratiques architecturales courantes privilégiant des parois légères pour des raisons d’économie ou de réduction de charges (poids) ont conduit à une mauvaise prise en charge des aspects thermiques du bâtiment. L’une des solutions proposées est l’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) dans les parois. Les matériaux à forme stabilisée solide-liquide sont utilisés pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur latente. Deux types MCPs ont été utilisés et sont, une paraffine possédant une température de changement de phase de 55 °C et des acides gras dont la température de changement de phase est en dessous de 30 °C. Des composites à forme stabilisée sont alors préparés avec la technique dite de dispersion. Une caractérisation physico-chimique de ces nouveaux composites a été faite. Des mesures de propriétés thermiques des composites telles que la température de fusion, la chaleur latente, la conductivité thermique ont été obtenues en utilisant la DSC, le Hot Disc et le cyclage thermique. L’une des étapes essentielles dans la démarche de confrontation modèle/mesures qu’est la mise en place d’une expérimentation spécifique de l’étude des performances thermiques des MCP a été présentée
Méthodes fréquentielles et temporelles de détection d'endommagement de structurells mécanique
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020-06-21) Tiachacht, Samir
L’objectif principal de cette thèse est l’identification d’endommagements dans les structures à l’aide des techniques qui exploitent des mesures vibratoires, afin d’évaluer la durée de vie des structures et réduire leurs coûts d’entretien.Nous avons présenté une nouvelle méthodologie d’identification d’endommagements dans les structures à deux et trois dimensions. La méthode des éléments finis (MEF) est utilisée pour construire les modèles des structures intactes et endommagées. L’identification des endommagements est formulée comme un problème d’optimisation utilisant les algorithmes génétiques et les variationsdes fréquences naturelles. La méthode proposée est ensuite appliquée pour identifier certains éléments supprimés de la structure. Les résultats obtenus en utilisant laMEF sont validés en utilisant un test de référence expérimental d’une structure portiqueà 3D avec huit étages. Les résultats montrent que la technique proposée donne une bonne identification d’endommagements par rapport à la littérature. De plus, aucune erreur n’est enregistrée dans la prédiction de la localisation des endommagements. Nous avons proposé un indicateur de Cornwell modifié (ICM) plus robusteque l’indicateur standard de Cornwell (IC) pour la détection d’endommagements. En outre, pourla quantificationdes endommagements détectés et localisés, nous avons combiné l’ICM avec l’algorithme génétique (AG). Dans cette combinaison, les indicateurs d’endommagements (ICM) sont utilisés comme une fonction objective. Les résultats de l’analyse montrent que la technique proposéepour la quantification des endommagements est plus robuste comparativement à d’autres techniques utilisées dans la littérature.
Calcul prévisionnel du comportement dynamique des structures mécaniques = Predictive calculation of the dynamical behavior of mechanical structures
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2018-12-02) Belgaid, Hocine
Si les gens ne croient pas que les mathématiques sont simples, c'est seulement parce qu'ils ne réalisent pas à quel point la vie est compliquée." John Von Neumann. En mécanique, et plus précisément dans le domaine de la modélisation des structures mécaniques, la nature des problèmes abordés pose d'abord les défis suivants: reproduire mathématiquement un aspect particulier du comportement d'un élément (relations entre contraintes et déformations, comportement des zones endommagées, déformation thermique ...), assembler tous les aspects de son comportement dans un même système mathématique, modéliser l'influence des éléments externes sur l'élément considéré (condition aux limites, conditions initiales, contactes, frottements ...) Enfin, assembler cet élément avec d'autres pour modéliser une structure entière. Les défis précédemment mentionnés nous placent devant deux types de difficultés: la complication des phénomènes physiques élémentaires à modéliser et la complexité des systèmes obtenus. Les modèles analytiques de structures mécaniques se présentent concrètement comme des systèmes d'équations aux dérivées partielles (EDP). La nature et la complexité de celles-ci dépendent bien entendu de la nature des problèmes traités. Dans un deuxième temps, le système d'équations étant construit, le défi qui se présente est la résolution de celui-ci. Depuis l'avènement de l'air des ordinateurs et le développement exponentiel de la puissance des calculateurs, les méthodes numériques ont occupé la première place dans le domaine du calcul scientifique. Différentes méthodes de résolution numérique d’EDPs ont été successivement proposées, chacun essayant de remédier aux manquements des précédentes. Dans le but de remédier aux difficultés d’interaction entre les codes éléments finis et les logiciels de DAO, T.J.R Hughs et al Introduisent En 2005 le concept d'analyse isogéométrique. Suite à leurs travaux, d'autres auteurs ont publié de nombreux articles dont la principale préoccupation était de valider et d'améliorer la dite méthode. Les limites des méthodes de collocation sont celles des fonctions de forme utilisées pour l'approximation des solutions. En 2010, des progrès ont été réalisés dans ce domaine, donnant lieu à la méthode de collocationisogéométrique ; cette dernière est présentée comme une méthode de collocation utilisant les B-Splines non uniformes rationnelles (NURBS) comme fonctions de forme. L'article de Hugh a été suivi et complété par d'autres travaux. Dans ce projet de thèse, quatre objectifs principaux sont visés: a. Fournir une méthode automatique pour imposer des conditions aux limites communes et non idéales (endommagées). La méthode proposée est simple à utiliser sans trop recourir à l'intuition, résout beaucoup de problèmes posés, et est très intéressante pour l’implémentation de la méthode de collocation isogéométrique dans les logiciels de CAO. b. Étudier l'applicabilité de l'IGA-C, déterminer les paramètres optimaux pour son utilisation, construire des modèles isogéométriques pour les structures mécaniques et évaluer la méthode par rapport aux méthodes existantes. c. Développement d'algorithmes complets et détaillés pour la mise en œuvre pratique de l'IGA-C. En effet, jusqu'à aujourd'hui, cette méthode n'a été présentée que dans un formalisme mathématique abstrait. C'est dans cet objectif que nous avons détaillé chacune des applications développées dans ce travail. Nous espérons que cela aidera certainement sa mise en œuvre dans les logiciels de CAO. d. Construction de nouveaux modèles de structures et enrichissement de la base de données scientifiques. e. Développement de méthodes de modélisation des endommagements dans les structures.
Optimisationdes contraintes at des formes dans les piéces mécanique de transmission de mouvement analyse - exprérimentale numérique
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2021-01-18) Touahir, Kamel
Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’analyse des champs de contraintes développées dans les ensembles fonctionnels mécaniques particulièrement dans les transmissions de mouvements et de puissances. La connaissance des champs de contraintes développés au voisinage des zones de contact sont d’une très grande importance pour le dimensionnement et l’optimisation des formes des pièces constituant les ensembles fonctionnels. Nous avons utilisé la photoélasticimétrie, une méthode basée sur la biréfringence de la lumière, pour analyser les champs de contraintes dans différents contacts mécaniques. Nous avons exploité les franges photoélastiques pour déterminer les valeurs et les directions des contraintes principales. Des programmes écrits sous CASTEM, un logiciel éléments finis, nous ont permis de faire une simulation. Les franges photoélastiques, aussi bien les franges isochromes que les franges isoclines, sont obtenues par la simulation. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les résultats numériques ont permis de faire une comparaison pour la validation des résultats.
Etude de la croissance cristalline de type Kyropoulos
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020) Zermout Samir, Samir
Le saphir monocristallin (Al2O3) possède des propriétés physiques, chimiques et optiques exceptionnelles, ce qui en fait un excellent matériau pour les applications dans la haute technologie telle que les lasers, l’optique non linéaire, l’industrie optoélectronique et autres. Les substrats de saphir ont pris, ces dernières années, une place importante dans la fabrication des dispositifsà semi-conducteurs(SOS) et les performances de ces matériaux dépendent notamment de la qualité et de l’homogénéité du saphir utilisé comme substrat et également des impuretés qu’il contient. Étant donné que la croissance cristalline de la plupart des cristaux synthétisés s’effectue à des températures très élevées, le processus de cristallisation du saphir doit être très bien contrôlé (la température de fusion du saphir est de 2050 C˚). En effet, une mauvaise maîtrise de variation de la température peut mener à l'échec du processus de croissance, et de ce fait, un contrôle bien précis de la température est indispensable. Par conséquent, il apparaît qu'une bonne compréhension du comportement thermique de la chambre chaude de croissance, de même qu'une étude approfondie des phénomènes physico-chimiques impliqués pendant la synthèse tels que l’écoulement du bain fondu ou le transfert de masse, sont des paramètres clés pour réussir la croissance des cristaux de saphir d’un grand diamètre et de haute qualitéstructurale. Dans la présente thèseet afin de pouvoir améliorer la qualité des cristaux de saphir obtenus par la méthode Kyropoulos, nous avons mené des simulations numériques en utilisant la méthode des éléments finis dans laquelle nous nous intéressons à la modélisation des mécanismes affectant l’hydrodynamique du saphir liquide au sein du creuset, la thermique dans la chambre chaude de croissance et la thermoélasticité du cristal cultivé. Nous nous concentrons sur les différentes étapes du processus de croissance à savoir : l’étape avant la connexion du germe avec la surface libre du saphir fondu, ensuite à l’étape juste au contact avec la surface libre (début de germination) et enfin au cours de la formation du cristal (étape intermédiaire de la croissance). Nous y parvenons en étudiant l’effet géométrique des formes d'angle du creusetsur la convection naturelle du bain fondu et nous mettons en évidence les éléments d’information apportés par le chauffage résistif supplémentaire (placé au-dessous de la base du creuset)et la convection forcée générée par la rotation du cristal. En particulier, les champs de température et de vitesse dans un bain de Kyropoulos ainsi que la convexité de l’interface cristal-liquide sont calculés dans chaque configuration étudiée afin de choisir une forme appropriée du creuset en fonction des autres paramètres de contrôle qui régissent le processus de cristallisation. Une série de simulations dans différentes conditions a été également réalisée pour calculer les contraintes thermoélastiques tridimensionnelles (3D) dans le monocristal de saphir suivant l’orientation cristallographique basalec(0001) tout en mettant l’accent sur son aspect anisotrope.
Elaboration et caractérisation d'un composite biodégradable a matrice polymère et renfort naturel
(Universite Mouloud MAMMERI Tizi-Ouzou, 2020) Meghlaoui, Bahia
Ce travail consiste à l’élaboration et la caractérisation de nouveaux composites biodégradables à matrices polymères et renfort naturel. Un intérêt particulier est porté sur les fibres extraites de la plante Alfa comme renfort dans les composites à matrice polyéthylène à haute densité (PEHD) et à matrice polystyrène (PS) avec des taux allant de 0% à 30% en poids de fibres. Nous nous sommes intéressés particulièrement à la problématique d’adhésion à l’interface fibre/matrice, issue de l’incompatibilité entre les deux phases immiscibles. Dans le but de réduire ce phénomène, la modification de la surface des fibres est primordiale. A cet effet, nous avons opté à la modification par voie chimique, où le traitement alcalin a été adopté. De ce fait, les fibres d’alfa ont été traitées par la soude caustique (NaOH) en utilisant trois concentrations différentes 1%, 3% et 5 % pendant 24h, 48h et 72h. La mise en évidence de la modification sur les fibres d’alfa a été examinée par l’Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF), la Diffraction à Rayons X (DRX), le Microscope Optique (MO), la Microscopie Electronique à Balayage (MEB), l’Analyse Thermogravimétrique (ATG), l’absorption d’eau et la perte en masse. Par ailleurs, une série expérimentale a été effectuée, qui se concentre sur les essais de caractérisation du matériau en traction, en flexion à trois points et au choc Charpy. Des mesures complémentaires de l’absorption d’eau sont également considérées. Ces essais vont permettre de déterminer l’effet du traitement alcalin sur les propriétés morphologique, physico-mécaniques des nouveaux matériaux composites.

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