Fissuration des nouveaux composites multiaxiaux multiplis cousus sous chargements thermiques cycliques

International audienceLes nouveaux renforts composites constitués de nappes unidirectionnelles non-tissées cousues du type NCF (Non Crimp Fabrics) sont adaptés au procédé RTM (Resin Transfer Moulding) et conduisent à des structures composites plus complexes ou de grande taille. Cependant, la présence du fil de couture entraine, après la mise en oeuvre, l'existence de zones riches en résine à l'intérieur du matériau. Ces dernières, sous chargements thermiques cycliques, sont à l'origine d'un état spécifique de fissuration. Un nouveau cycle de chargement thermique ainsi qu'un critère d'endommagement en prenant en compte la particularité morphologique de ce type de matériau ont été mis sur pied pour caractériser la fissuration en se basant sur une méthode d'observation classique 2D et évaluer l'effet des coutures

A P1/P1 Finite Element Framework for Taking Into Account Capillary Effects in Biphasic Flow Simulations

This work describes a computational strategy, based on a stabilised finite element method, to simulate bifluid flow with capillary effects in a fibrous microstructure. In this framework, triple junction equilibrium is imposed as a natural condition in the weak formulation of the Stokes problem. Two types of 2D microstructures are then considered, hexagonal and random, and studied in terms of numerical permeability and capillary pressure

Characterization of Photochromic Dye Solar Cells Using Small-Signal Perturbation Techniques

Photochromic dye-sensitized solar cells (DSSCs) are novel semi-transparent photovoltaic devices that self-adjust their optical properties to the irradiation conditions, a feature that makes them especially suitable for building integrated photovoltaics. These novel solar cells have already achieved efficiencies above 4%, and there are multiple pathways to improve the performance. In this work, we conduct a full characterization of DSSCs with the photochromic dye NPI, combining electrical impedance spectroscopy (EIS) and intensity-modulated photocurrent spectroscopy (IMPS). We argue that the inherent properties of the photochromic dye, which result in a modification of the functioning of the solar cell by the optical excitation that also acts as a probe, pose unique challenges to the interpretation of the results using conventional models. Absorption of light in the visible range significantly increases when the NPI dye is in the activated state; however, the recombination rate also increases, thus limiting the efficiency. We identify and quantify the mechanism of enhanced recombination when the photochromic dye is activated using a combination of EIS and IMPS. From the comparison to a state-of-the-art reference dye (RK1), we were able to detect a new feature in the IMPS spectrum that is associated with the optical activation of the photochromic dye, providing a useful tool for assessing the electronic behavior of the device under different conditions of light excitation. This study provides guidelines to adequate characterization protocols of photochromic solar cells and essential insights on the interfacial electronic processes.Universidad Pablo de Olavide / CEA Grenobl

High clustering of acute HCV infections and high rate of associated STIs among Parisian HIV-positive male patients.

BACKGROUND: Increasing incidence of hepatitis C virus (HCV) infection in human immunodeficiency virus (HIV)-positive men having sex with men (MSM) has been described in recent years. Phylogenetic analyses of acute HCV infections were undertaken to characterize the dynamics during the epidemic in Paris, and associated sexually transmitted infections (STIs) were evaluated. METHODS: Sanger sequencing of polymerase gene was performed. Maximum likelihood phylogenies were reconstructed using FastTree 2.1 under a GTR+CAT model. Transmission chains were defined as clades with a branch probability ≥0.80 and intraclade genetic distances <0.02 nucleotide substitutions per sites. STIs detected ≤1 month before HCV diagnosis were considered. RESULTS: Among the 85 studied patients, at least 81.2% were MSM. Respectively, 47.6%, 39.0%, 11.0% and 2.4% were infected with genotypes 1a, 4d, 3a and 2k. At least 91.8% were co-infected with HIV. HCV re-infection was evidenced for 24.7% of patients and STIs for 20.0% of patients. Twenty-two transmission chains were identified, including 52 acute hepatitis C (11 pairs and 11 clusters from three to seven patients). CONCLUSIONS: These results revealed strong clustering of acute HCV infections. Thus, rapid treatment of both chronic and acute infections is needed among this population to decrease the prevalence of HCV, in combination with preventive behavioural interventions

Cracks, microcracks and fracture in polymer structures: Formation, detection, autonomic repair

The first author would like to acknowledge the financial support from the European Union under the FP7 COFUND Marie Curie Action. N.M.P. is supported by the European Research Council (ERC StG Ideas 2011 n. 279985 BIHSNAM, ERC PoC 2015 n. 693670 SILKENE), and by the EU under the FET Graphene Flagship (WP 14 “Polymer nano-composites” n. 696656)

Synthèse et études de colorants organiques photochromes pour la réalisation de cellules solaires à transmission optique variable

Among the new photovoltaic technologies, dye sensitized organic cells, also known as 'Grätzel cells', present interesting characteristics for the applications and future developments at an industrial level. In fact, these cells are cheap to make, efficient in non-optimum irradiation conditions and can be semi-transparent. Since 2012, SyMMES laboratory has been developing new purely organic dyes to replace the ones made with ruthenium which are commonly used in these cells. Some of the molecules developed in the laboratory has shown high performances (superior to 10%) and an excellent stability (more than 5000 h under permanent irradiation at 65°C) when combined with ionic-liquid-based electrolytes.During this PhD, it is proposed to develop a new class of of organic sensitizers containing fonctionalised aromatic chromophores (patented). These molecules contain a photochrome motive which has the property to change the absorption spectrum under irradiation. This property is reversible and in absence of irradiation, molecules get back there transparent form. This concept has been proved in the laboratory and is been patented. Fonctionalised aromatic photochromic heterocycles will be developed in the first part of the PhD and added to the chemical structure of the organic dyes. The dyes will in the end have a push-pull structure with an anchoring group adapted to be grafted in oxydes like TiO2 or ZnO. To develop long-lasting and efficient cells, volatile solvent based electrolytes and iodine- which is a corrosive element- will be eliminated. Liquid-ionic-based electrolytes containing iodine free redox systems will be developed in a second part of the PhD.Using the Hybrid-En installations and the equipment available in the SyMMES laboratory, the new molecules and electrolytes will be fully characterised and incorporated and tested in devices. Their photovoltaic performance and stability will be evaluated in accelerated aging conditions.One of the objectives of this PhD is to optimize the cells fabrication parameters and to understand the mechanisms of the photo-generation of the current and the parameters which limit the performances. To do so, photo-physical studies can be realized in partnership with the ICIQ in Spain with who the laboratory has already been in collaboration for a few years.The final objective of the PhD is to create a new generation of solar cells presenting a variable optical transmission which are stable and efficient and to understand their parameters of operation.Parmi les nouvelles technologies photovoltaïques, les cellules solaires sensibilisées à colorant, autrement connues sous l’appellation « cellules de Grätzel », présentent certaines des caractéristiques intéressantes pour les applications et de futurs développements au niveau industriel. En effet ces cellules sont peu coûteuses à fabriquer, efficaces lorsque les conditions d’irradiation ne sont pas optimales et elles peuvent être semi-transparentes. Le laboratoire SyMMES a commencé à développer depuis 2012, de nouveaux colorants purement organiques pour ce type d’applications dans le but de remplacer les colorants à base de ruthénium en général utilisés dans ces cellules. Certaines des nouvelles molécules développées au laboratoire ont montré des performances élevées (supérieures à 10%) et une stabilité exceptionnelle (plus de 5000h sous irradiation continue à 65°C) lorsqu'elles sont combinées à des électrolytes à base de liquide ionique. En 2014 un composé développé et breveté par le laboratoire a été utilisé dans des modules solaires et intégré dans un bâtiment public (palais des congrès de l’EPFL en Suisse). Dans ce projet de thèse, nous proposons de développer une nouvelle classe de sensibilisateurs organiques contenant des chromophores aromatiques fonctionnels (brevet déposé). Ces molécules contiennent en effet un motif photochrome qui a la propriété de changer de spectre d’absorption sous irradiation. Cette propriété est réversible et en absence d’irradiation les molécules reprennent une forme incolore. Ce concept vient d’être démontré au laboratoire et un brevet est en cours de dépôt. Les hétérocycles aromatiques fonctionnels photochromes seront développés dans la première partie de la thèse et incorporés au sein des structures chimiques des colorants organiques. Les colorants possèderont une structure finale de type push-pull avec un groupe d’ancrage adapté pour le greffage sur des oxydes tels que le TiO2 ou le ZnO. Afin de développer des cellules solaires plus robustes et plus efficaces, il convient d’éliminer dans les cellules à colorants les électrolytes basés sur des solvants volatiles et l’iode qui est un élément corrosif. Nous développerons donc dans un second volet des électrolytes à base de liquides ioniques contenant des systèmes redox sans iode. Plusieurs systèmes rédox sont déjà identifiés et dans ce cadre notre objectif sera d'obtenir des électrolytes transparents et stables. En utilisant les installations de recherche de Hybrid-En et l'équipement qui est disponible au laboratoire SyMMES, les nouvelles molécules et les électrolytes seront complètement caractérisés (structures, propriétés électrochimiques, propriétés optiques), et ils seront incorporés et testés dans les dispositifs. Leurs performances photovoltaïques et leur stabilité seront évaluées dans des conditions de vieillissement accéléré. Un des objectifs de cette thèse sera d’optimiser certains paramètres de fabrication des cellules et de comprendre les mécanismes de photo-génération du courant et les paramètres qui en limitent les performances. Pour cela des études photo-physiques pourront être réalisées en partenariat avec une équipe de l’ICIQ en Espagne avec laquelle le laboratoire a noué une collaboration étroite depuis quelques années. L’objectif final de la thèse sera de donner naissance à une nouvelle génération de cellules solaires présentant une transmission optique variable, efficaces et stables, et de comprendre leurs paramètres de fonctionnement

Synthesis and study of photochromes organic dyes to create Variable optical transmission solar cells

Dans le contexte actuel d’épuisement des ressources fossiles et de changement climatique global, la production d’énergie renouvelable devient une nécessité. Dans ce cadre, les technologies solaires présentent un grand intérêt notamment en France où l’ensoleillement est important tout au long de l’année. Parmi ces technologies, les cellules solaires à colorant présentent de bonnes performances photovoltaïques avec des efficacités reportées dans la littérature jusqu’à 14,3 %. Ces cellules peuvent être conçues semi-transparentes ce qui en fait de bons candidats pour une intégration dans les bâtiments, il serait en effet possible de les intégrer en tant que façade ou vitrage. Cette perspective induit cependant de nouveaux questionnement sur le compromis à trouver entre la transparence et l’efficacité des cellules qui est fixée lors de la fabrication de celles-ci. En effet, une intégration en tant que vitrage demande de laisser passer une quantité de lumière suffisante sans altérer la qualité de la perception des couleurs en intérieur. Pour contourner les limitations actuelles de cette technologie, nous avons envisagé de modifier la structure classique des colorants utilisés pour la fabrication de ces cellules en introduisant un motif photochrome naphtopyrane. Une première étude a permis d’identifier le colorant NPI permettant d’obtenir des cellules solaires atteignant des rendements de conversion supérieurs à 4 % tout en conservant ses propriétés photochromes en cellules. Ces propriétés photochromes étudiées par spectroscopie UV-Vis en solution et en cellules démontrent un changement de couleur réversible de cette molécule avec une décoloration complète en 1 heure en solution et 16 heures en cellules. Différentes modifications chimiques ont ensuite été réalisée sur les différents motifs présents sur ce colorant dans le but d’établir des relations structures propriétés claires entre la structure des molécules et leurs propriétés optiques, photochromes et photovoltaïques. Cette étude a été complétée par la mise en place de techniques de caractérisation des couleurs permettant d’étudier la transparence et le CRI des cellules solaires. Deux méthodes analytiques ont aussi été développées dans le but de comprendre les détails du processus de coloration et décoloration des molécules. La première est une méthode spectroscopique avec irradiation in-situ d’une solution de photochrome dans une sonde RMN et la seconde une méthode de calcul par DFT des états de transition des molécules lors de la refermeture. Enfin, la mise en place d’un programme Python de Machine Learning couplé à la mise en place de plans d’expériences a permis l’optimisation rapide d’électrolytes contenant des médiateurs rédox de différentes natures permettant une augmentation des performances et de la transparence des cellules. Ces travaux ont permis d’obtenir plus d’une vingtaine de colorants présentant propriétés optiques variées. Ces molécules possèdent des domaines d’absorption larges dans la partie visible du spectre solaire avec des longueurs d’onde maximales d’absorption qui varient de 470 nm à 655 nm. Elles présentent ainsi des couleurs allant du vert à l’orange en passant par le violet ou le rouge. Les efficacités photovoltaïques de ces colorants, pionnier dans ce domaine, ont été étudiées et certains d’entre eux présentent des efficacités supérieures à 4.1%.In the current context of depletion of fossil resources and global climate change, the production of renewable energy is becoming a necessity. In this context, solar technologies are of great interest, particularly in France where there is a lot of sunshine throughout the year. Among these technologies, dye-sensitized solar cells offer good photovoltaic performance with efficiencies reported in the literature up to 14.3%. These cells can be designed to be semi-transparent, which makes them good candidates for integration into buildings, as it would be possible to integrate them as a façade or glazing. However, this prospect raises new questions about the trade-off to be found between transparency and the efficiency of the cells, which is determined during their manufacture. Indeed, integration as glazing requires that a sufficient quantity of light be allowed to pass through without altering the quality of colour perception in the interior. To overcome the current limitations of this technology, we considered modifying the classic structure of the dyes used to manufacture these cells by introducing a naphthopyran photochromic pattern. A first study has identified the NPI dye allowing us to obtain solar cells with conversion efficiencies above 4% while keeping its photochromic properties in cells. These photochromic properties, studied by UV-Vis spectroscopy in solution and in solar cells, demonstrate a reversible colour change of this molecule with complete discolouration in 1 hour in solution and 16 hours in cells. Different chemical modifications were then carried out on the different moieties present on this dye in order to establish clear structure-property relationships between the structure of the molecules and their optical, photochromic and photovoltaic properties. This study was completed by the implementation of colour characterisation techniques to study the transparency and CRI of solar cells. Two analytical methods were also developed to understand the details of the colouring and decolourisation process of the molecules. The first is a spectroscopic method with in-situ irradiation of a photochromic solution in an NMR probe and the second is a method of calculating by DFT the transition states of the molecules during reclosure. Finally, the implementation of a Machine Learning Python program coupled with the implementation of design of experiment allowed for the rapid optimisation of electrolytes containing redox mediators of different natures, increasing the cell performances and transparency. This work made it possible to obtain more than twenty dyes with varied optical properties. These molecules have broad absorption domains in the visible part of the solar spectrum with maximum absorption wavelengths varying from 470 nm to 655 nm. Their colours range from green to orange, through violet and red. The photovoltaic efficiencies of these dyes, a pioneer in this field, have been studied and some of them have efficiencies of over 4.1%