Génie mécanique
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Item Contribution à l'intégration de l'hybridation photovoltaïque-thermique pour des dispositifs technologiques quasi autonomes en énegie(2025-07-10) Mouaici; KhaledCette thèse étudie l’amélioration des systèmes photovoltaïques-thermiques hybrides (PV/T) adaptés au climat aride du sud de l’Algérie à travers deux approches innovantes. La première combine un concentrateur parabolique et un générateur thermoélectrique (TEG) dans un collecteur PV/T utilisant un nanofluide ternaire (Cu-Al2O3-MWCNT/Eau). Les simulations montrent qu’une fraction de 2 % de nanofluide accroît les rendements thermique, électrique et thermoélectrique de 14,5 %, 11,2 % et 22,6 %, tandis que le concentrateur multiplie la puissance par 3,54 et 5,88. Un débit massique optimal réduit la température du panneau de 53 °C, améliorant ainsi l’efficacité de 34,5 %. La seconde étude porte sur des cellules photovoltaïques miniaturisées couplées à un nanofluide ternaire et un refroidisseur thermoélectrique (TEC), atteignant une hausse d’efficacité de 39,7 %. Toutefois, l’interaction TEC-nanofluide limite certaines performances. Cette thèse établit des modèles et corrélations permettant d’optimiser les systèmes hybrides PV/T-TEG et PV/TEC pour les régions arides.Item Microstructure et durabilité des géopolymères à base de laitier de haut fourneau et de métakaolin(2025-09-27) Abeoub; ZinebDans un contexte mondial de réduction des émissions de CO2, cette thèse s’inscrit dans la recherche de solutions de construction durable en Algérie, en valorisant Laitier de haut fourneau granulé broyé (LHFGB), un sous-produit sidérurgique peu exploité. L’objectif est de développer et d’optimiser une formulation de mortier géopolymère à haute performance, en activant le LHFGB avec des solutions alcalines et en incorporant du métakaolin issu de ressources locales. Les résultats expérimentaux ont montré que les formulations optimales, notamment celles avec un rapport molaire SiO2/Na2O compris entre 1,17 et 1,23, permettent d’atteindre des résistances à la compression allant jusqu’à 94 MPa à 90 jours, et une résistance à la flexion de 13,03 MPa, dépassant largement celles des mortiers au ciment Portland. L’ajout de 15 % de métakaolin a encore renforcé ces performances, atteignant une résistance à la compression supérieure à 95 MPa tout en améliorant la microstructure, avec une matrice plus dense, homogène et faiblement poreuse. Le mélange G5-2022, avec un bon équilibre entre maniabilité et stabilité, a présenté un diamètre d’écoulement de 160 mm, idéal pour le moulage. Les analyses microstructurales (MEB/EDS, DRX, FTIR, ATG/ATD) ont confirmé la formation d’un réseau géopolymérique compact et durable, avec une vitesse ultrasonique atteignant 4410 m/s, indicatrice d’une forte compacité interne. Ces résultats démontrent le fort potentiel des géopolymères à base de LGHFB et de métakaolin comme alternative écologique, économique et techniquement fiable au ciment Portland dans le contexte algérien.Item Etude de l’évolution de l’endommagement en fatigue d’un matériau composite multifonctionnel sous l’effet de la variation de l’épaisseur du conducteur en cuivre(2025-05-25) Bachir Bey; ImeneCe travail de recherche porte sur l’étude du comportement électromécanique de composites multifonctionnels à matrice époxy renforcés par des fibres de verre et intégrant un film conducteur en cuivre. Deux configurations de matériaux ont été élaborées : GFC0.1, avec un insert en cuivre de 0,1 mm d’épaisseur, et GFC0.05, avec un insert de 0,05 mm. L’objectif principal est triple : • Déterminer le comportement mécanique du composite multifonctionnel sous sollicitations de fatigue au cours de sa vie utile ; • Identifier le comportement mécanique de l’insert métallique dans la structure stratifiée • Analyser l’influence de la variation de l’épaisseur de l’insert et celle de la tension électrique sur les réponses mécaniques et électriques du composite. Des essais de traction ont permis de mettre en évidence l’effet du gradient de rigidité et des contraintes parasites à l’interface cuivre/composite, responsables d’une réduction de la résistance mécanique lorsque l’épaisseur de l’insert augmente. Des essais de fatigue sous différents niveaux de contrainte (50 %, 65 % et 80 % de la MTR) et de tension (5 V, 9 V et 12 V ±0,3) ont permis de tracer les courbes de fatigue et de déterminer les équations caractéristiques de chaque matériau. Les résultats montrent que la résistance à la fatigue dépend fortement de l’épaisseur de l’insert, du niveau de contrainte et de la tension appliquée. GFC0.1 est plus performant à forte contrainte, tandis que GFC0.05 résiste mieux à faible contrainte, grâce à une interface moins perturbée. L’analyse de l’évolution de la résistance électrique Rél a révélé trois phases successives, reflétant différents stades d’endommagement du conducteur métallique. L’observation post-mortem des éprouvettes a confirmé que la rupture du cuivre, et non celle du composite, détermine la fin de vie du matériau. Une déformation plastique marquée et la formation de stries et de fossettes sur les faciès de rupture ont été observées au microscope électronique, mettant en évidence la complexité des mécanismes de fissuration sous courant. Ce travail met en évidence le rôle central de l’épaisseur de l’insert, de la sollicitation mécanique et de la tension appliquée dans le comportement en fatigue des composites multifonctionnels. Il ouvre la voie à des recherches futures sur l’optimisation de l’interface cuivre/composite et sur le comportement de ces matériaux sous d’autres formes de sollicitation.Item Contribution à l’analyse des fluides non-Newtoniens à travers un réacteur UV(2024-03-06) Hasballaoui, FerielLa désinfection des fluides aux rayons ultraviolets (UV) est une méthode prometteuse en raison de sa facilité de mise en œuvre et de son faible coût par rapport aux autres méthodes. Afin de permettre une étude complète de la désinfection UV dans la configuration Taylor-Couette, nous avons commencé par une étude du transfert de masse et de la distribution des temps de séjour (DTS) entre deux cylindres concentriques. Ensuite, la désinfection des fluides dans une configuration Taylor-Couette fonctionnant avec des fluides qui obéissent à la loi de puissance (Power-Law) avec différents coefficients d’absorption et des taux d’irradiation ont été simulés à l’aide de la méthode de Lattice Boltzmann. Les résultats du transfert de masse sont présentés sous forme de nombres de Sherwood. Pour la DTS, le traceur permet de déterminer la concentration moyenne à la sortie de la conduite. Concernant la désinfection aux ultraviolets, les effets des paramètres de fonctionnement tels que les nombres de Taylor et de Reynolds axiaux, de l’indice de comportement et le taux d’irradiation ont été analysés. Les résultats montrent que la dose UV requise diminue pour une augmentation du coefficient d’absorption, tandis qu’elle augmente pour une augmentation des indices de comportement. Pour Ta = 120 et Re = 3, la désinfection atteint 82, 3% pour les fluides pseudo-plastiques et est complète pour les fluides dilatants. En considérant différents coefficients d’absorption, il a été observé que a = 0.4 conduit à une désinfection complète quel que soit le fluide. Pour a = 0.5, la désinfection du fluide est complète uniquement pour le fluide dilatant. Une valeur de 0, 6 conduits à une désinfection partielle (90%) pour tous les fluides.Item Elaboration et étude mécanique et physico-chimique d’un matériau à matrice métallique(2024-05-20) Hebib, MalekLa réparation des outils de forage usés et endommagés dans les industries pétrolières pourrait réduire de manière significative les coûts de forage et, par conséquent, les émissions de matériaux toxiques. La présente étude démontre une solution à ce problème en utilisant la technologie de rechargement en atmosphère inerte (TIG) à base de WC-Ni/Cr, par laquelle un composite à matrice métallique (CMM) à base de WC préalablement élaboré par infiltration et endommagé est rechargé. L'analyse de la microstructure de l'échantillon récupéré a révélé une remarquable activité de diffusion des éléments Cr et Cu à travers l'interface composite/revêtement. Cette inter-diffusion a appauvri les particules de WC des deux côtés, ce qui a renforcé la liaison métallique de l'interface, créant ainsi une adhésion durable et solide. Une quantité importante de particules de WC a été fragmentée et dissoute dans la matrice métallique Ni/Cr, ce qui a entraîné la formation de Cr23C6, de carbures W2C et de carbures Ni2W4C secondaires. Nous avons observé une augmentation de plus de 100 % de la micro-dureté de la matrice métallique de l'échantillon réparé par rapport à l'échantillon infiltré. Les essais tribologiques des échantillons infiltrés et réparés par TIG dans des environnements secs, humides et diesel ont révélé que le coefficient de frottement le plus élevé (0,75) a été enregistré par l'échantillon infiltré dans des conditions sèches avec la perte d'usure la plus élevée (0,8 mg), tandis que l'échantillon réparé par TIG a montré des propriétés d'usure améliorées. Ceci a été attribué au changement du mécanisme d'usure, du détachement des particules de WC à l'usure abrasive et oxydative par la formation de films d'oxyde SiO2 et WO3. Ainsi, le processus de rechargement est une nouvelle technologie prometteuse pour la récupération des composites à matrice métallique à base de WC, améliorant leur durée de vie ainsi que leurs propriétés mécaniques et tribologiques.Item Localization of vibration sources in a structure by application of time reversal(2024-06-11) Chaterbache, OmarLes méthodes d’analyse vibratoire appliquées aux machines tournantes portent généralement leur intérêt sur le suivi et diagnostic des défauts en s’assurant de la collecte de données en terme de signaux vibratoires, accélération, vitesse ou déplacement, directement sur les paliers à roulements. Ces derniers étant les éléments où se concentrent et se superposent tous les efforts et actions externes et internes. En premier lieu, dans notre étude, nous exposons les différentes méthodes conventionnelles d’analyse vibratoire. En second lieu, il est proposé d’appliquer une nouvelle approche par la méthode de retournement temporel pour la localisation des changements qui peuvent survenir dans la structure de la machine tournante. Dans cette étude, il s’agit des changements dus à l’apparition de défauts de roulements. Pour cela deux configurations de la machines sont prévues en laboratoire où le même défaut de la bague extérieure du roulement est simulé. Dans le but d’étudier la performance de l’approche proposée, il est d’abord mis en évidence les différents paramètres influent sur la méthode, dans un cas de poutre encastrée, notamment le nombre de capteurs et leurs positionnements dans la structure par rapport à la source initiale de vibration. Ce cas nous a poussé à chercher l’optimisation du besoin en matière de nombre d’instruments de mesures et plus exactement à réduire ce nombre à un seul accéléromètre. Par la suite, la méthode proposée est appliquée sur les deux configurations de la machine tournante afin d’identifier la position des éventuels défauts (sources vibratoires). Il est constaté de cette approche que le retournement temporel donne la localisation de la source du défaut de roulement, mais elle nécessite, pour certains cas de combiner les mesures collectées à plusieurs endroits de la structure. Il est montré également, grâce à notre approche qu’il est possible de collecter les mesures à distance, car la méthode consiste à faire des mesures à des endroits plus-ou-moins éloignés des composants actifs de la machine tournante. Notre approche tire son efficacité du fait de construire les fonctions de transfert préalablement, ceci est équivalent aux méthodes utilisant des modèles virtuels. Notre approche, ainsi, utilise une portion de la modélisation par les fonctions de transferts.Item L’influence du dopant Mg sur les propriétés physico-chimiques de films de chromage thermique(2024-05-23) Djemmah, SarraCe travail aborde de manière exhaustive l’impact du dopage sur les propriétés physico-chimiques des couches thermiques de chrome produites par le processus de chromisation en pack de cémentation à haute température. Pour parvenir à des couches à base de chrome (Cr) de haute qualité, une étape d'optimisation a été entreprise, en impliquant la variation des paramètres critiques qui influencent la qualité des couches chromisées, à savoir le temps de traitement, la température, et le pack de poudre. Cette optimisation a permis d'obtenir des couches présentant une homogénéité remarquable, une faible rugosité et un revêtement de qualité qui est riche principalement en chrome et en chromine (Cr2O3) en tant qu’une phase minoritaire. En revanche, des pores et des particules en surface ont été observé. L'élément novateur de cette recherche réside dans l'incorporation de l’élément dopant Magnésium (Mg) sous forme d’une poudre métallique pur. Pour ce faire, de petites quantités de magnésium ont été incorporée dans le pack de poudre. L'objectif était d'évaluer l'impact de ce dopage sur les propriétés physico-chimiques des couches obtenues, de stabiliser la chromine formée et de diminuer la possibilité de formation de défauts tels que les pores, les microfissures et les particules fines ou grossières en surface. Plusieurs techniques de caractérisation microst-ructurales et morphologiques ont été employées pour une évaluation approfondie. Les résultats de l'étude ont révélé que le dopage a joué un rôle bénéfique. Le dopage a contribué à éliminer toute la formation de la chromine qui semblait instable dans la phase initiale, en accélérant la diffusion du chrome, ce qui a conduit à former des surfaces très riche en chrome (= 95%) et de nitrures de chrome (Cr2N). En effet, la formation de l'oxyde Cr2MgO4 est observée dans certaines couches dopées au magnésium. Cet oxyde est considéré comme thermodynamiquement stable et résistant. Les résultats de l’étude ont abouti à l’amélioration de la surface de l’acier inoxydable ferritique en formant une surface résistante et innovante, ouvrant la voie à de nouvelles possibilités dans le domaine des revêtements thermiques.Item Microstructural and micromechanical characterizations of the growing nitrided layer of 30CrMo12 steel(IEEE, 2024) Rezala, AichaThe need to extend the service life of mechanical parts at a reduced cost has led to the use of thermochemical treatment to ensure surface properties with good core ductility of the treated parts. The objective of this study is to characterize the microstructure and micromechanics of the growing nitrided layer of 30CrMo12 steel frequently used in aeronautical construction. An experimental study on nitriding was conducted in which the steel used underwent a thermochemical nitriding treatment. The treated samples were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and microhardness tests. The characterization results showed a considerable improvement in the surface properties (maximum hardness of 1119 HV and wear resistance) of the treated samples. The thermochemical nitriding treatment technique has the power to achieve a nitrided layer of maximum thickness, which increases the resistance to wear and friction as well as mechanical fatigue.Item Jonction dissemblables acier inoxydable/Zircalloy-4 de type composite(2023-05-30) Soualili, Mohamed AmineL'assemblage entre l'acier inoxydable 304L (SS) et l'alliage de zirconium (Zy-4) démontrent que la jonction en présence de phase liquide transitoire est intéressante d'un point de vue industriel. L'évolution de la structure métallurgique et les interactions interfaciales entre SS et Zy-4 lors de maintien isotherme à 1050 C pendant de 30 mn et sous une pression de 0,2 MPa sont étudiés. Les couples de diffusion ont été caractérisés par la combinaison des techniques ESEM-EDS-EBSD et EPMA et des tests de micro duretés HV et nano indentation. Le traitement isotherme a permis la formation à l'interface, d'une zone de réaction, côté Zy-4, constituée de deux couches, et d'une zone de diffusion côté SS qui est constituée de la couche monophasée ?-(Fe,Cr) et d'une autre partie mixte : ?-(Fe, Cr, Ni)+?-(Fe,Cr) non mentionnée dans la littérature. A partir des valeurs de HV, H et E obtenues des tests de micro duretés et de nano indentations, le composé -Zr (Fe,Cr)2 est considéré comme extrêmement dur et fragile, le Zr2(Fe,Ni) et -(Fe,Cr) sont modérément ductiles et moins un métal est ductile, plus il sera fragile. On cherche donc, à minimiser leur existence dans l'industrie nucléaire car ils peuvent avoir des conséquences incontrôlables. Les résultats de l'étude conduisent à une meilleure compréhension des phénomènes complexes de transformations et interactions intervenant dans la jonction SS/Zy-4 qui sont très utiles pour des applications à l'échelle industrielle. L'analyse et la visualisation par le microscope à force atomique AFM est effectuée sur l'échantillon soudé afin de mieux comprendre le comportement mécanique et la nature de rupture de différentes phases de l'interface et les matériaux de base.Item Oxydation de l’alliage 6061 à haute température, simulation de la cinétique de dégradation(2023-06-24) Attafi, SamirDans cette thèse nous nous sommes intéressés à la modélisation analytique, simulation numérique et l'étude expérimentale de l'oxydation à haute température de l'alliage 6061-T6, cet alliage est utilisé dans de nombreuses secteur industrielles telles que l'aérospatiaux et marins, y compris les réacteurs nucléaires en raison de leurs excellentes propriétés d'assemblage et de revêtement, de leur haute résistance et de leur bonne formabilité. Dans la partie expérimentale, des échantillons ont été oxydés par analyse thermogravimétrique, à une température de 580°C dans une atmosphère contenant de l'air libre et de l'argon. Les temps d'exposition variaient de 15 minutes à 08 heure, ce qui a permis de comprendre le mécanisme et la formation d'oxyde dans cet alliage, la formation progressive des couches d'oxyde formées en surface. L'épaisseur et la morphologie de la couche d'oxyde formée en surface ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage (SEM-EDS). La diffraction des rayons X des couches d'oxyde sous incidence rasante a révélés l'existence de Al_2 O_3, Al_9 Si, SiO_2, MgO et Mg_4 O_4. Les résultats ont montré que la couche d'oxyde s'épiassent avec le temps d'exposition avec une perte de poids par rapport à la masse déposée au départ de l'analyse. Ces techniques de caractérisation nous a permis de comprendre sa réaction vis-à-vis l'élévation de la température. La deuxième partie se devise aussi en deux parties : une partie Analytique ou nous avons utilisé logiciel MatLab, base sure la théorie de Wagner et les résultats expérimentales, la deuxième partie Modélisation Numérique ou nous avons utilisé un autre logiciel FORTRAN, ce qui nous permet de calcul de la concentration de l'oxygène diffuse de l'extérieur (air) vers le coeur l'alliage 6061-T6.