DOCTEUR D`ETAT EN GENIE CIVIL Option : Matériaux Par Ahmed

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MANTOURI DE CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR
DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL
THESE
Présentée en vue de l’obtention du grade de
DOCTEUR D’ETAT EN GENIE CIVIL
Option : Matériaux
Par Ahmed BEROUAL
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CARACTERISATION DES HETEROSTRUCTURES PAR LA
METHODE DES IMPEDANCES ET PAR LA PERMITTIVITE
DIELECTRIQUE EFFECTIVE COMPLEXE
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Soutenue le 2006 devant la commission d’examen :
Président :
Dr : CHABIL Hocine Professeur Université Mentouri Constantine
Rapporteur :
Dr : HOUARI Hacène Professeur Université Mentouri Constantine
Examinateurs :
Dr : HABITA Med Faouzi Professeur Université de Annaba
Dr : BELACHIA Mouloud Professeur Université de Skikda
Dr : BELLEL Azzedine M.C Université Mentouri Constantine

Remerciements
Ce travail a été réalisé au sein du laboratoire Matériaux et Durabilité des
Constructions de l’Université Mentouri de Constantine en collaboration avec le centre de
génie électrique (CEGELY) – Ecole centrale de Lyon.
Je remercie Monsieur le Professeur L.Nicolas Directeur du CEGELY qui m’a
accueilli dans son laboratoire.
Je remercie Monsieur le Président et Messieurs les membres du jury pour
l’honneur qu’il me font en acceptant de juger ce travail.
J’exprime ma profonde gratitude et ma reconnaissance envers Monsieur le
Professeur Hacène Houari pour l’aide qu’il ma apportée tout au long de ce travail.
Je remercie également toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à
la réalisation de ce travail.

A la Mémoire de mes parents.
A tous les Miens.

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Tables des matières
INTRODUCTION GENERALE 1
Bibliographie 6
CHAPITRE I : PERMITTIVITE DIELECTRIQUE COMPLEXE ET LOIS DE
MELANGES
I.1 Introduction 8
I.2 Phénomènes de polarisation 9
I.2.1 Polarisation électronique 10
I.2.2 Polarisation ionique 10
I.2.3 Polarisation dipolaire 11
I.2.4 Polarisation macroscopique 12
I.2.5 Polarisation interfaciale 12
I.3 Permittivité complexe et pertes diélectriques 13
I.3.1 Définitions 13
I.3.2 Influence de la fréquence 15
I.4 Lois de mélanges 17
I.4.1 Théories du champ électrique local 17
I.4.2 Permittivité effective et champ d’excitation 19
I.4.3 Théorie moléculaires des milieux hétérogènes 21
I.4.4 Théories des milieux effectifs 23
I.4.5 Attribut stochastique 26
I.4.6 Influence de la géométrie des inclusions sur la permittivité 28
I.4.7 Matériaux composites diélectriques avec une phase conductrice discrète 30
I.5 Conclusion 31
Bibliographie 32

ii
CHAPITRE II : METHODES DE CARACTERISATION DES
HETEROSTRUCTURES
II.1 Introduction 38
II.2 Classification des matériaux 38
II.2.1 Classification basée sur la conductivité électrique 38
II.2.2 Classification basée sur les niveaux d’énergie 38
II.2.3 Classification basée sur la permittivité diélectrique 39
II.2.4 Classification basée sur la susceptibilité magnétique 40
II.3 Méthodes de caractérisation 40
II.3.1 Méthodes nucléaires 40
II.3.2 Méthode thermique 41
II.3.3 Méthode électrique – résistivité 41
II.3.4 Méthodes diélectriques 41
II.3.4.1 Méthode capacitive 42
II.3.4.2 Méthode T.D.R. (Time Domain Reflectometry) 43
II.3.5 Méthode acoustique (ultra sons) 43
II.3.6 Méthodes magnétiques 44
II.3.7 Méthodes des rayons X 44
II.4 Conclusion 45
Bibliographie 46
CHAPITRE III : MODELISATION DES HETEROSTRUCURES PAR DES
CIRCUITS ELECTRIQUES : METHODE DE L’IMPEDANCE ELECTRIQUE
EQUIVALENTE
III.1 Introduction 50
III.2 Principe de base de la méthode de l’impédance équivalente 50
III.3 Lois de mélanges 52
III.4 Technique de mesure de l’impédance électrique 57
III.5 Validation expérimentale des lois de mélanges 58
III.6 Représentation d’une hétérostructure à deux phases 63
III.7 Procédure de détermination de l’impédance équivalente 67
III.8 Application : Hétérostructures avec inclusions longues distribuées périodiquement 70