Simulation numérique de nanoparticules greffées dans une matrice polymère : le rôle des enchevêtrements

Doctorant : Semen VASIN

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale : ED34 ML - Matériaux

Ce travail s’inscrit dans le développement de méthodes de simulations numériques pour l’analyse à l’échelle mésoscopique des nanocomposites (NC) à base de polymères. Elle étend notamment la méthode des « slip-springs » à chaîne unique, introduite par A. Likhtman et al., pour les fondus de polymères enchevêtrés, afin de modéliser des nanocomposites comportant des nanoparticules de silice (NP) greffées dans une matrice polymère et éventuellement des plastifiants. Dans une première partie, les propriétés structurales et dynamiques des NC sont étudiées en fonction de la fraction volumique de nanoparticules, de la densité de greffage et de l’affinité polymère/particule. Dans cette partie, le nombre de nanoparticules prises en compte dans nos calculs est de l'ordre de quelques dizaines. L’introduction explicite d’enchevêtrements, modélisés comme des anneaux coulissants appelés « slip-springs » (SS), permet d’étudier l’âge moyen des SS et la pyramide des âges de leur population. Des lois d’échelle reliant l’âge moyen des SS à la longueur des chaînes sont obtenues. Par rapport au cas du polymère pur, la dynamique des enchevêtrements entre chaînes libres dans le NC est similaire et suit une loi puissance d’exposant caractéristique égal à 3.4, tandis que l’âge moyen des SS entre chaînes greffées présente un exposant caractéristique proche de 3.7 et un pré facteur 10 fois plus grand qu’entre chaînes libres. Le nombre d’enchevêtrements inter- particules greffées et leur durée de vie accrue ont un impact fort sur les propriétés viscoélastiques et l’agrégation des NP. Les systèmes à forte densité de greffage et à forte fraction volumique se caractérisent par l’apparition d’élasticité. La deuxième partie du travail vise à approfondir l'étude de l'agrégation des nanoparticules. Pour cela, les simulations numériques développées sont utilisées pour déterminer le potentiel de force moyenne (PMF) entre deux nanoparticules. Les systèmes enchevêtrés (avec SS) et non enchevêtrés (sans SS) conduisent à des résultats similaires en termes de PMF moyen, mais les résultats dans le cas des systèmes enchevêtrés montrent une variabilité significative d’un essai à l’autre, probablement liée à une relaxation lente des SS entre chaines greffées. Les PMF obtenus (un ensemble de potentiels dans le cas enchevêtré ou un potentiel unique dans le cas non enchevêtré) sont introduits dans des simulations très gros grains ne contenant pas de chaînes polymères explicites. Cela permet d’augmenter significativement le nombre de NP dans les boites de simulation jusqu’à 125000. Une comparaison directe avec des simulations SS à haute fraction volumique de charges montre un bon accord sur la taille maximale des agrégats pour diverses conditions simulées. Toutefois, des divergences apparaissent dans le détail des morphologies des agrégats, suggérant la nécessité d’intégrer des interactions d’ordre supérieur. Le diagramme de phase des NP pour de grands systèmes (nombre de particules est 729) est exploré, reproduisant la transition entre états percolés et bien dispersés. L’influence du nombre de PMF utilisés (et donc la présence d’enchevêtrements) s’observe essentiellement dans la zone de transition en limitant la taille des agrégats observés. Dans la dernière partie, l'approche de simulation numérique est étendue pour analyser les NC plastifiés. Les plastifiants sont modélisés comme des chaînes courtes caractérisées par une affinité indépendante avec les NPs. Les paramètres des simulations de plastifiants ont été ajustés afin de reproduire la distribution des enchevêtrements sur les chaînes polymères plastifiées ainsi que l’exposant de dilution correspondant. L’effet des plastifiants sur l’agrégation des NPs est complexe, en raison de la compétition entre l’adsorption du polymère et celle du plastifiant à la surface des NPs. Les PMFs ont été testés sur des systèmes plastifiés et ont montré des limites importantes dans les cas où le polymère présente une forte attraction.

Etude theorique et expérimentale pour la formation des Centres Emetteurs G- et W- dans le silicium

Doctorant : Christos GENNETIDIS

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale n°34 : Matériaux de Lyon

Les centres émetteurs dans le silicium constituent des candidats prometteurs pour les technologies de télécommunication quantique. Leur fonctionnement repose sur la fabrication de défauts émetteurs de lumière tels que le complexe tri-interstitiel de Si, connu sous le nom de centre W, et le cluster C - Si - C, connu sous le nom de centre G. Dans cette thèse, les deux centres d'émission susmentionnés ont été étudiés à l'aide de simulations basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, afin d'analyser leurs caractéristiques fondamentales telles que leurs propriétés structurales et leur émission optique à la raie de zéro phonon. Par la suite, leur processus de fabrication a été modélisé à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. La technique expérimentale du faisceau d'ions focalisé ainsi que le processus de recuit ont été modélisés en utilisant différents paramètres issus des protocoles d'expérimentation, tels que le type d'ions du faisceau, l'énergie et la fluence. De nombreux protocoles de fabrication ont été étudiés afin de proposer différentes stratégies pour orienter le processus expérimental. Enfin, des expériences d'implantation utilisant un de faisceau d'ions focalisé suivi de recuits ont été réalisées et leurs résultats ont été comparés à ceux issus de la modélisation par dynamique moléculaire. Cette thèse de doctorat vise à comprendre les propriétés fondamentales des centres d'émission W et G dans le silicium ainsi que leurs processus de fabrication, afin d'informer et de guider les travaux expérimentaux.

Flotte Coopérative de Robots Aériens basée sur des Communications Sans Fil, sous l'angle du Flocking

Doctorant : Théotime BALAGUER

Laboratoire INSA : CITI - Centre d'innovation en Télécommunications et Intégration de Services
École doctorale n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Comparé à un robot seul, une flotte de robots aériens coordonnés peuvent apporter des gains en vitesse, flexibilité et robustesse lors de missions complexes. Mais son déploiement présente encore des défis centraux, parmi lesquels la communication, essentielle pour une bonne collaboration entre les drones. Les techniques de réseaux ad-hoc et de contrôle distribué semblent adaptées pour ces systèmes multi-drones - couramment appelés Flying Ad-hoc Networks (FANETs) - car elles passent à l'échelle, sont adaptables à de nombreuses situations et présentent une certaine tolérance aux dysfonctionnements. Malgré d'importants efforts de recherche dans ce domaine, les interactions entre qualité de communication et contrôle d'une flotte de drones sont encore peu comprises. Dans cette thèse, nous étudions cette influence mutuelle entre les systèmes de communication et les algorithmes de contrôle multi-robot, avec le but final d'améliorer la coordination des flottes de drones. Nos travaux portent en majeure partie sur le flocking, une stratégie de contrôle distribuée aux nombreux avantages, comme l'évitement de collisions ou le maintien de connectivité, et parfaitement adaptée aux micro-drones et au Wi-Fi, qui sont les deux technologies au cœur de cette thèse. Dans un premier temps, nous présentons DANCERS, un co-simulateur robotique et réseau spécialement conçu pour l'étude des systèmes multi-robot. DANCERS est une plateforme de simulation flexible permettant d'interconnecter n'importe quel simulateur de robotique avec n'importe quel simulateur de réseau. Grâce à cet outil et à des expériences en milieu réel, nous démontrons comment des contraintes de communication peuvent impacter la qualité de contrôle d'un robot aérien. D'abord, nous étudions l'effet d'un réseau congestionné sur le contrôle à distance d'un drone, puis nous transposons ces résultats vers un système multi-robot plus complexe, le flocking, pour analyser sa résilience face à des conditions de communication imparfaites. Enfin, tirant parti de la mobilité des drones au lieu de la considérer comme une contrainte, nous proposons un nouvel algorithme de déploiement automatique de relais radio aériens. Dans cette nouvelle approche, un essaim de drones forme automatiquement un réseau extensible, reconfigurable et robuste, qui permet de maintenir des liens de communication en temps réel avec plusieurs zones éloignées et difficiles à atteindre, permettant des applications comme la recherche et sauvetage ou la surveillance simultanée de plusieurs cibles. Cet algorithme est évalué en simulation avec le co-simulateur DANCERS.

Étude des pertes de puissance associées au lubrifiant dans les transmissions mécaniques

Enseignant Chercheur : Yann MARCHESSE

Laboratoire :  LabECAM

Composition du jury : 

Rapporteurs : M. Noël BRUNETIÈRE ; Mme Regiane FORTES PATELLA ; M. Nicolas MAZELLIER

Jury : 

Civilité	Nom et Prénom	Grade/Qualité	Etablissement
M.	BORÉE Jacques	Professeur des Universités	ISAE-ENSMA
M.	BRUNETIÈRE Noël	Directeur de recherche	CNRS
Mme	FORTES PATELLA Regiane	Professeure des Universités	INP Grenoble
M.	MAZELLIER Nicolas	Professeur des Universités	Université d'Orléans
M.	RAY GARREAU Cédric	MCF- HDR	Université Claude Bernard Lyon 1
M.	VILLE Fabrice	Professeur des Universités	INSA-LYON

 

Modélisation et optimisation de la boucle de préchauffage d'un réseau de chaleur bois-gaz intégrant solaire thermique et pompe à chaleur

Doctorant : Hamza METTALI

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Cette thèse traite de la conception optimale de réseaux de chaleur intégrant des divers producteurs de chaleur: pompe à chaleur, solaire thermique, chaudières au gaz naturel/biogaz ou bois couplés à des stockages thermiques à court (TES) et long terme (STES). L'objectif est d'optimiser la conception en minimisant le coût actualisé de la chaleur (LCOH) tout en respectant un taux minimal d'énergie renouvelable (TERmin). Une modélisation Programmation Linéaire en Nombres Mixtes (MILP) détaillée a été développée, intégrant explicitement les températures de fonctionnement de la pompe à chaleur et du solaire, ainsi que les contraintes d'exploitation des chaudières bois et des stockages. Le modèle simule un horizon annuel découpé en 288 pas de 3 heures (36 journées représentatives ont été sélectionnées manuellement, 3 par mois). Deux versions du modèle ont été comparées: FreeTES, sans contraintes sur le stockage, surdimensionne systématiquement le TES (jusqu'à 3 000 m3) et induit des comportements irréalistes ; ConsTES, avec contrainte mensuelle de régularité, réduit le TES à 1 000-1 500 m3 et permet l'apparition d'un STES (rendement 21-23 %). L'analyse de sensibilité révèle que la finesse du pas thermique influence peu le COP moyen de la PAC, qui varie entre 2,0 et 2,4 selon la saison et le scénario, mais affecte la gestion du solaire thermique et la fréquence d'activation de la dérivation (jusqu'à 23 % du temps à 10 °C). Les variations du prix de l'électricité modifient la répartition des technologies, favorisant la chaudière bois en cas de prix élevé, et la PAC en cas de prix bas. Une subvention du biogaz réduit le LCOH d'environ 10 %.

Prédiction numérique rapide des contraintes résiduelles dans les composants métalliques après traitements thermiques locaux

Doctorant : Leonardo CIMATTI LUCARELLI

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale  n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

L'objectif de cette étude est d'évaluer l'impact des traitements thermiques de détensionnement (TTD) locaux appliqués après une opération de soudage. Bien que largement utilisés dans l'industrie, ces traitements peuvent modifier significativement les champs de contraintes résiduelles, en fonction de paramètres opératoires tels que la température et la longueur de la zone chauffée. Afin d'analyser l'influence de chacun de ces paramètres sur l'état résiduel post-TTD, des simulations numériques par éléments finis (EF) sont envisagées. Pour garantir la fiabilité des résultats issus des simulations EF, il est essentiel de modéliser avec précision le comportement du matériau, notamment dans le cadre de traitements thermiques à haute température. Le comportement d'un alliage d'acier a été modélisé selon la théorie des matériaux standardisés. Une méthode de calibration de ce modèle a été développée et testée sur un ensemble de données expérimentales. En outre, un modèle paramétrique d'une opération de TTD est proposé, intégrant des paramètres opératoires variant dans le domaine défini par les normes de construction des centrales nucléaires. Une étude paramétrique permet d'identifier les paramètres les plus corrélés aux phénomènes physiques associés au TTD. Cependant, la recherche de paramètres procédés optimaux devient rapidement coûteuse en temps de calcul, en raison du grand nombre de variables et du comportement non linéaire du matériau lors du traitement thermique. Pour surmonter cette difficulté, des méthodes de réduction de modèle et des métamodèles sont mises en œuvre. En particulier, une méthode de réduction de modèle basée sur la physique a été développée dans le cadre de ce travail. Elle améliore le modèle réduit en intégrant les équations décrivant le comportement dissipatif du matériau dans l'espace réduit. Ce modèle
réduit, fondé sur la décomposition orthogonale propre (POD), permet une reconstruction plus précise des champs de contraintes et de dissipation que la POD standard. Un métamodèle, développé à partir de ce modèle réduit physiquement fondé, offre des estimations avec des erreurs plus faibles comparées à d'autres méthodes de la littérature, notamment dans les phases dissipatives de la simulation.
 

Soudage à l'arc de l'acier à l'aluminium: prédiction de l'épaisseur de la couche de composé intermétallique

Doctorant : Benjamin LEFLON

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

École doctorale n°34 ML - Matériaux

L'assemblage de l'aluminium et de l'acier est une méthode prometteuse pour réduire le poids des automobiles. Parmi les techniques d'assemblage existantes, le soudage à l'arc sous gaz inerte avec électrode en tungstène, connu sous le nom de soudage TIG, semble particulièrement intéressant. Cependant, le fer et l'aluminium réagissent pour former une couche de composé intermétallique (IMC) fragile dont l'épaisseur a un impact direct sur la tenue mécanique de l'assemblage, ce qui empêche son utilisation à l'échelle industrielle. Dans cette thèse, nous proposons de développer un modèle robuste pour prédire la formation de l'IMC pour différentes conditions de soudage. Avant de nous attaquer à la simulation proprement dite, nous nous attelons à concevoir une nouvelle méthode pour analyser en détail la morphologie de l'IMC à l'échelle microscopique et macroscopique, en quantifiant son épaisseur, ses interfaces avec les métaux de base et ses discontinuités à l'aide de plusieurs descripteurs. L'évolution de la morphologie est étudiée séparément en fonction du courant d'arc et de la vitesse de soudage, et en fonction de l'énergie de soudage qui combine ces deux paramètres. Il s'avère que le courant d'arc a une influence nettement plus importante sur l'IMC que la vitesse de soudage, ce qui explique l'incohérence manifeste de l'énergie de soudage en tant que paramètre de quantification. Ensuite, nous développons un modèle thermique par éléments finis pour évaluer les histoires thermiques dans la soudure, calibré à partir de mesures de température en surface réalisées sur le banc expérimental réel. Ce modèle est relié à un modèle de diffusion, et les épaisseurs d'IMC simulées sont comparées à des sections transversales des échantillons soudés. Le modèle s'avère robuste sur une large gamme de courants d'arc et de vitesses de soudage, et fournit même des estimations pertinentes lorsque le matériau de la plaque de support passe de l'acier au cuivre pur. Des investigations supplémentaires révèlent que l'effet de l'augmentation de la conductivité de la plaque de support est négligeable par rapport à celui de l'augmentation de sa conductance thermique avec la plaque de travail. Enfin, le régime transitoire de formation de l'IMC calculé met en évidence trois étapes de croissance, délimitées par les extrema des variations de température. Enfin, afin de discuter le bien fondé du choix de simuler la croissance de l'IMC à l'aide d'un modèle de diffusion pure, le mécanisme de formation de l'IMC est observé plus en détail en étudiant in situ la réaction de l'aluminium liquide avec le fer solide par tomographie à rayons X et diffraction des rayons X par rayonnement synchrotron. Cette expérience permet de révéler les différentes quantités relatives des phases IMC possibles en fonction de la température et de la morphologie des échantillons (massifs ou en poudre). Cela permettra de quantifier l'évolution de l'épaisseur et de la morphologie au cours du temps. Ce dernier point confirme une forte dissolution de la couche par l'aluminium liquide en parallèle de sa croissance dans le fer solide, mais uniquement à long terme, ce qui réaffirme la pertinence d'un modèle de diffusion pure dans un processus transitoire rapide tel que le soudage à l'arc.

Extraction et projection de chorégraphies pour l'optimisation de services distribués réactifs: un continuum langage - runtime

Doctorant : Arthur NAVARRO

Laboratoire INSA : CITI - Centre d'innovation en Télécommunications et Intégration de Services
École doctorale n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

L'essor des grandes architectures distribuées telles que les microservices ou le serverless ces dernières années s'accompagne d'un ensemble de défis. L'augmentation de l'activité réseau due aux communications nécessaires entre les processus peut entraîner une forte pression sur les E/5 réseau et les ressources telles que le temps CPU et l'empreinte mémoire. En outre, si les services individuels sont plus petits et plus faciles à raisonner que les monolithes gonflés, une grande application distribuée peut s'étendre sur des dizaines, des centaines ou des milliers de services fortement dépendants des communications. La probabilité de bogues ou d'erreurs de programmation simultanés augmente, de même que la difficulté d'identifier et de corriger ces bogues. Ces deux problèmes ne sont pas orthogonaux, car l'efficacité des ressources peut être optimisée par l'utilisation de langages non bloquants et asynchrones qui peuvent en retour obscurcir le flux d'exécution et le cycle de vie des différents composants. Pour relever ces défis, nous avons identifié deux approches complémentaires: la vérification du système et la conception du langage. Aujourd'hui, les types de sessions multipartites et la programmation chorégraphique sont en train d'envahir les langages de programmation courants. La programmation chorégraphique peut être considérée comme un cadre permettant de construire des systèmes sans blocage en réifiant le fonctionnement d'une application comprenant de nombreux processus en un seul objet : une chorégraphie globale. Dans la pratique, les programmeurs écrivent souvent des systèmes distribués en spécifiant le comportement des composants individuels, c'est-à-dire par le biais de chorégraphies locales. Reconstruire une chorégraphie globale cohérente à partir de ces vues locales, afin de vérifier les propriétés globales, est une tâche difficile. Cette difficulté provient en particulier du fait que les langages conçus pour exprimer des chorégraphies globales modélisent généralement la communication comme un échange de données synchrone, et que les cadres actuels ne prennent pas en charge la vérification dans des contextes asynchrones. Nous avons conçu un compilateur capable de transformer des chorégraphies locales en microservices Java en utilisant des bibliothèques réactives existantes, ainsi qu'un analyseur de chorégraphies locales capable de valider des propriétés dans des réseaux de milliers de chorégraphies locales. Même si l'analyse est effectuée sur des chorégraphies locales, la liberté de deadlock, la liberté de livelock, les branches inaccessibles sont des propriétés vérifiées globales : en tant que tel, l'analyseur a besoin d'un ensemble complet de chorégraphies locales pour raisonner sur l'ensemble de l'application. De plus, nous avons caractérisé l'analyseur en termes de complexité algorithmique et de temps de traitement en fonction de la taille et de la complexité des réseaux considérés. Notre approche est un pas vers l'unification des types de session et de la programmation chorégraphique dans un cadre unique, permettant la vérification des processus synchrones et asynchrones, ainsi que l'offre de perspectives locales et globales sur une application distribuée lorsque cela est possible. En combinant l'analyse formelle des chorégraphies locales avec des aperçus pratiques du comportement du langage en cours d'exécution, nous montrons que, même si la vérification formelle est théoriquement complexe, elle peut être rendue tractable et efficace en pratique grâce à des heuristiques, tandis que les optimisations au niveau du langage et des bibliothèques, bien que transparentes et légères, peuvent être complexes à mettre en œuvre, et produisent souvent des améliorations de performance limitées.

Simulations du comportement statique et dynamique de trains planétaires à plusieurs étages de réduction

Doctorant : Sebastian KLEIN

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Ce travail de recherche a été réalisé au Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (LaMCoS) de l'INSA de Lyon en collaboration avec SAFRAN Transmission Systems dans le but d'analyser le comportement dynamique de trains planétaires à double étage de réduction avec des mobiles présentant des géométries à voiles minces. Dans les moteurs d'avion, les trains planétaires apparaissent comme des solutions technologiques intéressantes permettant de réduire la vitesse du rotor afin de fonctionner à des régimes de vitesse plus avantageux avec des rapports de dérivation plus élevés. Les engrenages à voile mince présentent des caractéristiques dynamiques uniques qui doivent être soigneusement prises en compte lors du processus de conception afin d'éviter des surcharges dynamiques. D'un point de vue modélisation, des études antérieures ont démontré que les modèles classiques à paramètres concentrés ne convenaient pas aux géométries à voiles minces et que des simulations plus élaborées étaient nécessaires. Ce travail propose donc une stratégie de modélisation hybride de trains planétaires à double étage comprenant un solaire à double hélice, assimilé à deux cylindres rigides reliés par des poutres élastiques, une couronne rigide à denture droite, un porte-satellites modélisé par des disques rigides et des axes élastiques, et des satellites à voile minces simulés à l'aide d'éléments finis condensés. L'élasticité des dents d'engrenage est prise en compte par un modèle analytique dit de 'tranches minces' connecté aux sous-structures représentatives des corps de satellites. Les équations de mouvement sont résolues par intégration numérique pas à pas dans le temps. Dans le cas d'engrenages massifs, les résultats obtenus en conditions statiques et dynamiques par des modèles à paramètres concentrés et intégrant des sous­ structures sont en très bon accord, prouvant ainsi la fiabilité de l'approche hybride proposée. Par ailleurs, en présence d'erreurs de positionnement des satellites, les résultats numériques en termes de partage de charge entre les différents satellites sont très proches des valeurs expérimentales issues de la littérature. Dans le cas particulier de satellites double étage à voiles minces, les déflexions statiques de la jante obtenus numériquement sont susceptibles d'induire des gradients de pression selon la largeur de la dent, pouvant éventuellement conduire à des pertes de contact partielles. Il a été également montré que les différences de chargement entre les étages solaire et couronne génèrent un désalignement et une déformée de flexion du corps des satellites. Dans des conditions de fonctionnement dynamiques, le contenu modal des satellites influence notablement la réponse globale du système et peut introduire des surcharges sur les dentures à certaines vitesses critiques. Afin d'évaluer la sensibilité de satellites à voiles minces à des conditions de charge défavorables, des désalignements angulaires ont été introduit sur le solaire qui, pour les modes critiques caractérisés par des énergies de déformation de flexion élevées, génèrent des amplitudes de réponse nettement plus importantes. Enfin, les contributions de modifications de forme sur les dentures ont été étudiées et les conclusions suivantes ont été tirées: (a) des corrections en tête de dent sur l'étage couronne peuvent fortement réduire la réponse dynamique de l'ensemble et, (b) des bombés longitudinaux sur la denture solaire peuvent compenser efficacement les désalignements dans des conditions de fonctionnement statiques et dynamiques.

Phénomènes thermiques et thermoélectriques dans le silicium dopé, le titane et leur interface métal- semiconducteur

Doctorant : Juan Carlos ACOSTA ABANTO

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale : n°162 : MEGA de Lyon (Mécanique, Énergétique, Génie civil, Acoustique)

Dans cette thèse de doctorat, le transport de chaleur et de charge dans le silicium dopé et dans le titane, ainsi qu’au niveau de leur contact métal– semi-conducteur, est étudié. Ces systèmes présentent un intérêt particulier en raison de leur pertinence pour les dispositifs microélectroniques et de la diversité des phénomènes physiques qu’ils mettent en jeu. Dans un premier temps, l’équation de transport de Boltzmann est appliquée aux phonons et aux électrons, et résolue par la méthode des ordonnées discrètes. Les résultats préliminaires montrent l'émergence des effets de transport balistique lorsque la taille du système devient comparable ou inférieure au libre parcours moyen des porteurs. D'autre part, la thermalisation mutuelle des sous-systèmes électronique et phononique lorsqu’ils interagissent est mise en évidence. L’effet d’une interface diffuse titane–silicium sur la chute de température des porteurs au niveau du contact des matériaux est également abordé. Ensuite, via la méthode 3ω, la conductivité thermique du silicium dopé au phosphore (type n) et au bore (type p) est déterminée en fonction de la température. Les résultats montrent que les concentrations de dopage inférieures à environ 10^17 cm-3 n’ont pas d’effet significatif sur la conductivité thermique, tandis qu’à 10^17 cm-3 et à 303 K, des réductions d’environ 17 % et 25 % sont observées pour le silicium de type n et p, respectivement. En collaboration avec des théoriciens, une analyse est menée afin de clarifier les mécanismes de diffusion des phonons à l’origine de cette réduction de la conductivité thermique en fonction de la température, du dopage et de la fréquence des phonons. La suite des travaux se concentre sur la caractérisation électrique et thermique les structures titane–silicium. Les mesures courant–tension et capacité–tension fournissent des paramètres clés tels que la hauteur de la barrière de Schottky, le potentiel de contact et la largeur de la zone de déplétion. Des expériences complémentaires de microscopie thermique à sonde locale (SThM) et de thermométrie infrarouge révèlent de manière systématique un échauffement global de l’échantillon sous polarisation directe. Malgré les incertitudes liées aux mesures SThM, les résultats restent qualitativement cohérents et permettent de détecter, à partir de l’analyse fréquentielle des signaux, la présence d’effets thermoélectriques dans l’échantillon étudié. En effet, la puissance associée à l’effet Peltier apparaît beaucoup plus importante (d'environ un ordre de grandeur) que la puissance de Joule. De plus, des mesures SThM réalisées sur la tranche polie (préparée par focused ion beam, FIB) d’un échantillon confirment un échauffement global et ne révèlent pas d'échauffement localisé au contact Ti–Si. Ceci est cohérent avec la grande diffusivité thermique du silicium, qui dissipe rapidement la chaleur dans le volume du substrat. Ces résultats sont également corrélés aux mesures de microscopie à sonde de Kelvin (KPFM), dans lesquelles le signal mesuré est fortement perturbé au-delà d'une certaine tension appliquée à l'échantillon, suffisante pour induire un chauffage important et des effets électrostatiques entraînant une flexion incontrôlée du levier KPFM. Ces mesures permettent également de déterminer l'évolution de la largeur de la zone de déplétion en fonction de la tension appliquée à l'échantillon, tel que les mesures capacité–tension le font. Toutefois, les valeurs mesurées par KPFM sont beaucoup plus grandes (> 10 µm) que celles obtenues par les mesures capacité–tension (quelques micromètres), suggérant que des effets de surface et de polissage FIB pourraient être à l'origine de ces différences. Dans l’ensemble, ce travail contribue à améliorer la compréhension du transport de chaleur et de charge dans les systèmes métal–semi-conducteur, en révélant des effets physiques complexes et en offrant des perspectives pour guider les études à venir.