Dissertationen zum Thema „Eau (H2O)“

Les machines à absorption LiBr/H2O, appliquées aux systèmes de rafraîchissement par compression chimique présentent des avantages et des inconvénients à l'heure de leur intégration dans des bâtiments de basse consommation. Grandes tailles et coûts de mise en œuvre élevés les rendent peu attractives. Le développement de modules évapo-absorbeur et desorb-condenseur compacts et multifonctionnels, utilisant des échangeurs à film ruisselants couplés peuvent être une solution pour réduire les coûts de mise en œuvre, et augmenter la compacité et le rendement global du processus d'absorption. L'étude se centre autour de l'absorption de la vapeur d'eau à basse pression au sein d'un film de bromure de lithium qui ruisselle sur des échangeurs à plaques verticales. Les objectifs de la thèse sont le développement d'un modèle théorique simple décrivant le transfert de chaleur et de masse et sa validation à l'aide d'expériences de référence. Le modèle analytique est construit à l'aide des méthodes intégrales mettant en ouvre un écoulement laminaire établit à l'entrée de l'absorbeur et des conditions de saturation à l'interface Nous avons résolu le problème couplé de transfert de masse et de chaleur en prenant en compte couches limites thermiques et diffusives. Une représentation adimensionnelle des transferts à l'aide des nombres de Nusselt et de Sherwood en fonction du nombre de Graetz permet de décrire de manière générale les différentes zones thermiques et diffusives. Les variations de la température et la concentration à l'interface sont prises en compte, en considérant la linéarité des équations de transfert et, en appliquant la théorie des perturbations. Un banc d'essais a été spécifiquement développé pour l'étude de l'absorption de vapeur sur des films ruisselants de bromure de lithium à basse Reynolds (Re < 500). Il permet de fixer l'état de la solution LiBr à l'entrée (température, concentration et débit) ainsi que les conditions aux limites (pression de vapeur, condition adiabatique ou de température imposée à la paroi verticale). Différentes géométries de plaque sont comparées aux résultats du model en vu de quantifier l'impact des effets de bord et des instabilités.

Du fait de son abondance et de sa présence ubiquiste dans la croûte continentale, la rhéologie du quartz est un paramètre fondamental pour comprendre les processus géodynamiques. Malgré une longue histoire de recherche depuis la découverte précoce de l’effet de l’eau (H2O) sur la rhéologie du quartz par Griggs et Blacic (1965), plusieurs aspects de l’affaiblissement par l’H2O ne sont toujours pas résolus. Un de ces aspects est l’effet important de la pression sur l’affaiblissement du quartz par l’H2O, dont les mécanismes ne sont pas compris. Dans cette étude, la dépendance à la pression de la résistance des agrégats de quartz a été revisitée en utilisant comme matériel de départ des échantillons naturels de quartzite d’une grande pureté et d’une taille de grains élevée de ∼200 μm dans le but de diminuer le rôle des processus de fluage diffusion par rapport au fluage dislocation. Des expériences de déformation d’échantillons avec ajout d’H2O (0.1 pds.%) ont été menées dans un appareil de type « Griggs » avec des pressions de confinement solide allant de 600 à2000 MPa. Les données mécaniques montrent qu’aux conditions de déformation appliquées, la résistance du quartzite diminue systématiquement avec l’augmentation de pression. Les études microstructurales démontrent une accommodation de la déformation dominée par la déformation plastique cristalline des clastes de quartz (par fluage dislocation), à laquelle s’ajoutent des processus aux joints de grains où de nouveaux grains de petite taille sont formés. Les études mécaniques et microstructurales montrent toutes deuxque les processus de microfracturation, dissolution-reprécipitation et transferts de matière aux joints de grains jouent également un rôle dans la déformation. L’effet majeur de la pression sur les mécanismes de déformation intervient au niveau des joints de grains :l’augmentation de la pression conduit à une augmentation significative de la génération de petits grains aux bordures des porphyroclastes originels. Ce processus est probablement celui qui contrôle l’effet adoucissant de la pression sur la résistance macroscopique de l’assemblage polycristallin. Un deuxième aspect de la dépendance du quartz à l’H2O est lié à la quantité d’eau disponible pendant la déformation et la façon dont elle est utilisée. Pour explorer cette question, les intérieurs et les joints de grains ontété indépendamment mesurés par spectroscopie infrarouge à la fois dans le matériel de départ et dans les échantillons déformés. Il apparaît que pendant les expériences, les mécanismes de fluage dislocation ont contribué à la diminution du contenu en H2O dans toutes les microstructures pendant la déformation, l’H2O étant transférée depuis l’intérieur des grains vers la région des joints de grains.La distribution de l’H2O et la déformation interagissent, le contenu en H2O intracristallin favorisant la déformation (vitesse du fluage dislocation) tandis que la déformation accompagne le transport d’H2O. Cette étude met en évidence la déformation du quartzite en présence de H2O comme étant un système auto-suffisant avec l’H2O qui accélère les taux de restauration et de recristallisation, et les micro-fractures qui permettraient à l’H2O de pénétrer à nouveau dans les intérieurs de grains depuis les joints de grains. En effet, ces derniers jouent le rôle d’un site de stockage pour l’H2O. Il convient de s’interroger sur la pérennité de ce stockage aux joints de grains pendant la déformation dans des conditions naturelles. Le drainage de ces sites conduirait potentiellement à durcir l’assemblage et à délocaliser la déformation
Due to its abundance and ubiquitous presence in the continental crust, the rheology of quartz is a fundamental parameter to understand geodynamic processes. Despite a long history of research since the early discovery of the effect of H2O on quartz rheology by Griggsand Blacic (1965), many aspects of H2O weakening of quartz are yet unresolved. One of these aspects is the enhancing effect of pressure on the H2O weakening of quartz, whose mechanisms are not understood. In this study, the pressure dependence of the strength of quartz aggregates has been revisited using natural quartzite samples of high purity with a large grain size of ∼200 μm asstarting material in order to diminish the role of diffusion creep processes in comparison to dislocation creep. Experimental deformationof water-added (0.1 wt.%) samples was performed in a “Griggs” type solid medium apparatus at confining pressures ranging from 600 to2000 MPa. Mechanical data show that at the deformation conditions applied, the quartzite strength decreases systematically withincreasing confining pressure. Microstructural studies demonstrate an accommodation of the deformation dominated by crystal plasticdeformation of quartz clasts (dislocation creep) supplemented by grain boundary processes where new small-sized grains formed. Both mechanical data and microstructural studies show that micro-cracking, dissolution-reprecipitation and material transfers at grainboundaries processes also play a part into deformation. The most prominent effect of pressure on bulk strength relies on grain boundary processes: pressure increase results in a large enhancement of the generation of small grains along the boundaries of the original large porphyroclasts. This effect is presumably the main cause for the weakening effect of pressure. One second aspect of the H2Odependence of quartz is linked to the amount of water available during deformation and how it is used. To explore this point, infrared spectroscopy allowed to measure independently the grain interiors and boundaries, both on starting and experimental materials. It appears that through the experiments, dislocation creep mechanisms contributed to the decrease of the H2O content in all microstructures during deformation, the H2O being transferred from the grain interiors to the grain boundary region. H20 distribution and deformation interact, with intracrystalline H20 content enhancing the deformation (rate of dislocation creep) and deformation accompanying the transport of H20. This study highlights the deformation of quartzite as being a self-sufficient system as H20accelerates the rates of recovery and recrystallization, and microcracks may allow H20 to re-enter the interior of grains from the grain boundary region. The grain boundaries, act as a storage site for H2O. For the deformation at natural conditions, it will be a critical parameter whether the H2O will be preserved at these sites or whether it will be drained and thus potentially harden the assembly and relocate the deformation

Afin d'étudier les fragments produits par la photodissociation de l'eau, on dilue H2O dans un gaz rare (Ne, Ar, Kr et Xe). Dans le cas de l'argon on observe la formation de l'excimère ArOD. On met en évidence une prédissociation dans le premier état excité du chlorure de magnésium lors de sa photodissociation
This work is concerned with several aspects of reaction dynamics : photodissociation of H₂O and D₂O, observation of the ArOD van der Waals molecule and reactivity of Magnesium atoms. The photodissociation of H₂O and D₂O near the threshold for production of excited OH/OD (A²Σ⁺) fragments has been studied by two-photon excitation of the B ̃ ¹A₁ state at 266nm. The distribution of rotationnal population obtained seems to confirm the existence of long-lived trajectories. When the dissociation process is initiated with a small energy excess, as suggested by quantum mechanical calculations on realistic potential surfaces. When D₂O was dissociated in presence of Argon, an excimer emission from the van der Waals ArOD molecule has been observed. This band was attributed to the transition from the first excited (linear) state to the ground L-shaped state. The emission profile was succesfully simulated using a recently published potential for the excited state and modeling the ground state potent by the X²Σ⁺ground state of ArF. The reactions of Mg (¹S, ³P) with Cl₂and various chlorinated compounds have been studied by LIF and spectral dispersion of the MgCl chemiluminescence reaction product. Rovibronic population distributions were extracted from the experimental spectra, using simulation and inversion procedures. The dynamics of the Mg(¹S)+Cl₂reaction was reinvestigated and compared with the dynamics of the Mg(³P)+ Cl₂chemiluminescence channel. The derived population distributions are consistent with the short distance harpooning mechanism suggested in a previous work of B. Bourguignon, M-A. Gargoura, J. Rostas and G. Taieb

Le stockage de l'énergie solaire thermique s'avère aujourd'hui nécessaire si on veut atteindre une meilleure efficacité et une utilisation à grande échelle de cette ressource. Le stockage sous forme de potentiel chimique se révèle être adapté au stockage de chaleur sur le long terme (cycles saisonniers ou pluriannuels) parce qu'il présente les moindres pertes thermiques par rapport au stockage sensible ou latent. Malgré les avancées significatives faites ces dernières années dans ce domaine, il n'existe pas aujourd'hui de système achevé dédié à ce type de stockage. Le but du présent travail est de démontrer la faisabilité d'un procédé de stockage de chaleur solaire à long terme par absorption pour le chauffage des bâtiments. La chaleur est stockée en été grâce à la désorption et restituée en hiver à travers l'absorption. Une analyse multicritère portant des couples de sorption possibles a permis d'identifier le couple LiBr−H2O pour la démonstration de faisabilité du concept. Il a été montré que la cristallisation d'une partie de la solution permet de multiplier par trois la densité de stockage énergétique et donc d'améliorer la compétitivité du procédé. Un modèle dynamique a été développé pour dimensionner et simuler les performances du système sous différentes conditions opératoires. De nombreuses simulations paramétriques ont permis de discuter de l'influence de différents paramètres et aspects du contrôle du procédé. Cela a donné lieu à la conception et au dimensionnement d'un prototype de démonstration capable de stocker 8 kWh de chaleur et de produire une puissance moyenne de chauffage de 1 kW. Ce prototype a été construit et expérimenté en fonctionnement statique et dynamique sur un banc d'essai, dans des conditions compatibles avec une installation solaire domestique. La faisabilité de la charge du procédé a ainsi été démontrée. L'absorption durant la phase de décharge est effective bien que des problèmes, dus notamment à une conception inadaptée de l'absorbeur, n'ont pas permis d'assurer la restitution de la chaleur. Différents aspects tels que la stratification et la circulation de la solution dans son réservoir ont également été abordés. La confrontation du modèle et des résultats expérimentaux a ainsi été réalisée et discutée.

Ce mémoire est consacré à l'étude de modèles de propriétés radiatives de H2O et CO2 à haute température dans l'infrarouge. L'approche raie-par-raie, fondée sur les bases de données du laboratoire EM2C, sert de référence. Une étude bibliographique de différents modèles est menée dans le chapitre 1: modèles à bandes étroites (SNB, C-K, CKFG) et modèles globaux (WSGG, SLW, ADF, MADF), beaucoup plus légers en temps de calcul, mais qui ne peuvent s'appliquer qu'a des milieux dont les frontières sont grises. Pour des applications ou la pression est élevée (chambres de combustion de moteurs d'avion), nous montrons dans le chapitre 2 qu'un modèle simplifié (box model) permet des calculs de luminances précis à quelques pour cent. L'étude de modèles permettant la prise en compte les corrélations spectrales à haute résolution, indispensable à pression atmosphérique, est menée dans les chapitres 3 et 4. Dans le chapitre 3, nous développons le modèle global ADF-FG, fondé sur une décomposition du spectre de H2o ou CO2 en gaz fictifs (regroupant les raies dont l'énergie du niveau bas de la transition est similaire), et nous montrons son apport par rapport au modèle ADF. Dans le chapitre 4, nous comparons les performances des différents modèles dans une situation de transfert, dans le cas de mélanges H2O-N2 et CO2-N2. Dans la plupart des situations usuelles, les modèles à bandes étroites (SNB, C-K, CKFG) conduisent à de bonnes prédictions des grandeurs radiatives (flux, puissances). En revanche, le modèle WSGG peut conduire à des erreurs considérables, et la précision des modèles SLW et ADF, même si elle reste acceptable, dépend fortement de leur température de référence. Le modèle ADF-FG reste précis, y compris pour des applications de type télédétection. Par ailleurs, le traitement de parois fortement réfléchissantes est plus facile avec des modèles formulés en coefficient d'absorption (notamment C-K et ADF-Fg) qu'avec des modèles formulés en transmittivité moyenne (SNB, CKFD). Dans le dernier chapitre de ce mémoire, nous montrons que le décalage Doppler des raies d'un jet gazeux chaud à grande vitesse se traduit par une augmentation de la luminance du rayonnement transmis, mais que cet effet est négligeable pour les vitesses usuelles des jets de moteur d'avion

Le cycle des composes de l'hydrogene dans la stratosphere et la mesosphere est etudie a l'aide d'un modele numerique 2d. La premiere partie est consacree a l'etude du bilan de la vapeur d'eau, avec un traitement detaille de sa production par l'oxydation du methane et de l'hydrogene moleculaire. Dans la seconde partie, le mecanisme photochimique et la variabilite saisonniere de l'emission mesospherique de oh dans les bandes de meinel sont abordes d'un point de vue theorique

Les dépôts saisonniers de glace de CO2 et de H2O jouent un rôle ma jeur dans le climat actuel de Mars. Leur cycle de condensation/sublimation contrôle en grande partie les variations de la pression atmosphérique et de l'humidité. Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles contraintes observationnelles aux interactions surface/atmosphère pendant la phase de retrait des dépôts saisonniers nord. A partir des données proche infrarouge de l'imageur hyperspectral OMEGA (Mars Express), l'extension des glaces saisonnières de CO2 et H2O a été cartographiée du solstice d'hiver au solstice d'été. Un anneau de glace d'eau entoure systématiquement les dépôts saisonniers riches en CO2 et constitue une source importante de vapeur d'eau lors de sa sublimation. Une couche de glace d'eau recouvre progressivement la glace de CO2 , résultat de deux processus : l'accumulation de la glace d'eau contenue dans la glace de CO2 et restant en surface lorsque le CO2 se sublime, et la condensation de vapeur d'eau issue de la sublimation de l'anneau de glace d'eau. Des remontées soudaines de la signature de la glace de CO2 sont observées dans les dépressions spirales et escarpements de la calotte permanente nord, et dans le champ de dunes circumpolaires, conséquence probable d'un renforcement ponctuel des vents catabatiques par le passage de systèmes dépressionnaires. Le résultat de ces processus dynamiques est une accumulation inhomogène de givre d'eau sur la calotte permanente nord au début de l'été qui participe à l'évolution actuelle de la calotte. La connaissance de la localisation des sources de vapeur d'eau et des interactions surface/atmosphère pendant l'hiver et le printemps nord permettra d'améliorer les modèles climatiques et notre compréhension du cycle actuel de l'eau sur Mars.

Cette thèse s’insère dans le cadre des réacteurs rapides à caloporteur sodium (RNRNA) pour lesquels la connaissance approfondie de la réaction chimique entre le sodium et l’eau représente un challenge important aussi bien pour les opérations de traitement du sodium mises en oeuvre durant l’exploitation ou le démantèlement des installations actuelles que pour la filaire SFR (Sodium Fast Reactor) qui est un des concepts de référence envisagé pour les réacteurs de IV génération (R4G). Le sodium est utilisé dans ce type de réacteurs comme réfrigérant primaire du fait de ses propriétés thermiques et neutroniques. Toutefois, le sodium réagit énergiquement avec l’eau (en produisant principalement de l’hydrogène et de la soude) : la compréhension et la maîtrise de cette réaction représentent un enjeu majeur pour la sûreté des réacteurs. Jusqu’à aujourd’hui, le caractère explosif du contact entre sodium et eau était attribué à la réaction secondaire entre l’hydrogène (produit par la réaction sodium-eau) et l’oxygène présent dans l’air. Une importante recherche bibliographique a été conduite et plusieurs expériences ont démontré la présence de réaction explosive aussi bien en présence qu’en absence d’air. Par conséquence, les phénomènes explosifs ne sont pas forcement liés à la présence d’oxygène. La reprise de l’analyse des essais réalisés au CEA, a permis d’avoir une meilleure compréhension phénoménologique de la réaction. L’importance de la vaporisation de l’eau et son potentiel explosif ont été mis en évidence. D’autres essais ont été réalisés dans le cadre de cette thèse pour compléter la compréhension des aspects dynamiques de la réaction. L’étude et l’application aux résultats expérimentaux avec le modèle actuellement utilisé au CEA a bien démontré la nécessité de développer un modèle physique capable de prévoir les effets de pression qui suivent l’interaction entre le sodium et l’eau. Un modèle physique a donc été proposé sur la base des phénomènes identifiés pendant la première partie de cette thèse. Les résultats sont en très bon accord avec les données expérimentales. En conclusion, la complexité de l’interaction entre le sodium et l’eau, qui implique des phénomènes en cinétique rapide en même temps chimiques et thermodynamiques a représenté un important challenge. Ceci a abouti à une meilleure compréhension phénoménologique de la réaction et à la proposition d’un modèle physique tenant compte des aspects thermochimiques et dynamiques, capable d’évaluer les effets explosifs de l’interaction
Sodium fast Reactor (FSR) is one of the most promising nuclear reactor concepts in the frame of Generation IV systems to be commercialised in the next decades. One important safety issue about this technology is the highly exothermal chemical reaction of sodium when brought in contact with liquid water. This situation is likely, in particular during decommissioning, when sodium needs to be firstly converted (‘destroyed’) into non reactive species. This is achieved by water washing : the major products are then gaseous hydrogen and corrosive soda. Today, such operations are performed in confined chambers to mitigate the consequences of any possible abnormal conditions. It has for long been believed that the main safety problem was the combustion of hydrogen in the surrounding air despite some pioneering works suggested that even without air the reaction could be explosive. It is extremely important to clarify the phenomenology of sodium-water interactions since available knowledge does not allow a robust extrapolation of existing data/model to full scale plants. The primary objective of this work is to identify and assess the details of the phenomenology, especially at the sodium/water interface, to isolate the leading mechanisms and to propose a robust and innovative modelling approach. A large body of yet unreleased experimental data extracted from the files of the French Commissariat à l’Energie Atomique (CEA) was collated and analysed on the basis of “explosion” physics. Some additional experiments were also performed to fill some gaps, especially about the kinetics of the reaction. The results strongly suggest that the fast expansion of gas producing a blast wave in certain conditions is a kind of vapour explosion. It also appears that any potential hydrogen-air explosion should be strongly mitigated by the large quantity of water vapour emanating also from the reaction zone. The limitations of existing modelling approaches are clearly identified and alternatives are proposed and offer a better perspective of extrapolation to full scale installations

La dynamique a l'echelle atomique de differents exemples de fluides simples a ete etudiee dans le domaine de tres hautes frequences (thz) en utilisant la technique de la diffusion inelastique des rayons x avec une resolution de l'ordre du mev. L'etude experimentale est structuree naturellement en trois parties. Dans la premiere, le cas de la dynamique des fluides simples est traite, avec pour exemple, le neon tres au dela du point critique. Dans ce cas, le dynamique attendue doit etre proche de celle du cas simple des fluides a spheres dures, ou les interactions consistent en collisions mutuelles entre particules. La deuxieme partie concerne l'etude de la dynamique de systemes plus complexes, elle est illustree par l'exemple du neon cette fois en phase liquide. L'objectif de cette analyse est de differencier les effets lies aux interaction a plusieurs corps typiques des liquides, par rapport a l'etat supercritique. Dans la derniere partie, nous abordons l'etude de la dynamique des liquides pour lesquels existent des interactions spatiales a longue distance entre molecules. Le liquide choisit est l'eau en phase liquide. Pour ces trois etudes, un interet particulier a ete accorde a la caracterisation des phenomenes de relaxation. Plus specifiquement, nous montrons comment les phenomenes de relaxation evoluent avec le degre de connectivite croissant des systemes. Nous nous interessons a deux larges classes de phenomenes de relaxation : microscopiques et structurales. Les relaxations structurales sont liees a des processus cooperatifs par lesquels la structure locale, apres avoir ete perturbee par une fluctuation spontanee de densite, se rearrange vers une nouvelle position d'equilibre. Les relaxations microscopiques, d'un autre cote, ne sont pas cooperatives, elles impliquent une vibration atomique ayant une echelle de temps de l'ordre de 10 1 3s et ne dependent pratiquement pas de la temperature. Les premieres dominent les phenomenes observes dans l'eau, tandis que dans le cas du neon supercritique ou liquide, ce sont les relaxations microscopiques qui sont observees.

Le but de notre travail est de contribuer à la compréhension des interactions entre les gaz acides et la glace, à la fois pendant la phase atmosphérique de la glace, c'est à dire dans les nuages, et dans la neige après dépôt au sol. Les gaz polaires en général, et les acides en particulier, interagissent fortement avec la glace dans la quelle ils peuvent se dissoudre. Dans les nuages, ces interactions peuvent modifier fortement la composition de l'air, et ce point reste une inconnue majeure en chimie atmosphérique. La compréhension de la relation entre la composition de l'air et celle de la glace, appelée fonction de transfert air-neige, est également indispensable pour reconstituer la composition des paléoatmosphères à partir des carottes de glace. Afin de contribuer à élucider ces problèmes, nous avons étudié l'incorporation dans la glace des composés gazeux HCI et HN03. Les compositions à l'équilibre thermodynamique des solutions solides HCl-glace et HN03-glace, en fonction de la température et de la pression partielle du gaz, ont été obtenues expérimentalement en mesurant les profils de diffusion du gaz dans des monocristaux de glace. A -15 °C, le coefficient de diffusion est de l'ordre de 10-12 cm2/s pour HCI et de 10-10 cm2/s pour HN03. A la même température, sous une pression de 6 x 10-3 Pa, HN03 est environ 25 fois moins soluble que HCI avec pour solubilité respectives de 2,2 x 10-7 et 5 x 10-6 fraction molaire. Ces données ont été appliquées à différents phénomènes d'intérêt atmosphérique. Dans le cadre de la fonction de transfert air-neige, nos résultats ont été comparés à des données de terrain obtenues au Groenland. Il apparaît que, dans les flocons de neige, HCI en solution solide n'est pas en équilibre avec HCI en phase gazeuse. La teneur en HCI dans la neige est déterminée par des facteurs cinétiques lors de la formation des cristaux. Les résultats concernant HN03 suggèrent en revanche que, dans les flocons analysés, HN03 est en équilibre avec la phase gazeuse sans doute grâce à sa cinétique de diffusion plus rapide. Suite à ces résultats, nous avons proposé un mécanisme d'incorporation des gaz dans la glace lors de la croissance des cristaux. Celui-ci suggère que la relation liant la composition atmosphérique à la composition de la glace des nuages est fortement influencée par la dynamique atmosphérique et, en particulier, par les paramètres température et vitesse de refroidissement lors de la phase de formation du nuage. Les données obtenues au laboratoire intéressent aussi le domaine de l'hydrologie appliqué à la composition des eaux de fonte des neiges. Les résultats sur les solubilités de HCI et de HN03 et leur localisation probable dans le névé en cas de sursaturation expliquent semi quantitativement le phénomène observé d'élution préférentielle de l'ion nitrate par rapport à l'ion chlorure.

Le sujet de cette thèse est l'étude de la réactivité de métaux de transition avec les ligands CO et H2O en utilisant la technique d’isolation en matrices d’argon à 12 K et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Nous avons étudié la réaction du dimère hétéronucléaire PdTi avec le CO et nous avons pu identifier les molécules PdTi-CO, TiPd-CO, PdTi(CO)2 et PdTi(CO)3. L’irradiation dans le visible permet de convertir la molécule PdTi-CO avec un CO lié au Ti à la molécule TiPd-CO avec un CO lié au Pd. Dans la deuxième partie de cette thèse nous avons étudié la réaction du titane atomique avec deux ligands différents, le CO et H2O. Cette réaction est spontanée et nous avons ainsi caractérisé les molécules HTiOH-CO et HTiOH-(CO)2, essentiellement à l’aide des molécules isotopiques du CO et de H2O.Des calculs ont été effectués avec la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). La comparaison entre les données théoriques et expérimentales nous a permis de déterminer les paramètres géométriques et électroniques des espèces étudiées
The purpose of this thesis is the study of transition metal atoms reactivity with the CO and H2O ligands using argon matrix isolation at 12 K and the Fourier Transform Infrared Spectroscopy. We have studied the reaction between the heteronuclear PdTi dimer with CO and we have identified the PdTi-CO, TiPd-CO, PdTi(CO)2, and PdTi(CO)3 molecules. Irradiation in the visible leads to the conversion from PdTi-CO with a Ti-CO bond to TiPd-CO with a Pd-CO bond. In the second part of this thesis, we have studied the reaction between the atomic titanium and the CO and H2O ligands. This is a spontaneous reaction and we have characterized the HTiOH-CO and HTiOH-(CO)2 molecules essentially with the help of the isotopic CO and H2O molecules. Calculations have been made with the density functional theory (DFT). The comparison between theoretical and experimental data allowed us to determine the geometric and electronic parameters of the studied species

L'absorption des gaz acides (CO2, H2S) par des solutions aqueuses d'alcanolamines est un procédé couramment employé au sein de l'industrie du traitement des gaz. Le dimensionnement et l'optimisation de ce type de procédé nécessitent l'utilisation d'un outil thermodynamique permettant une représentation réaliste des équilibres liquide-vapeur de ces systèmes d'électrolytes. Néanmoins, les données de solubilité sur lesquelles sont ajustés les paramètres des modèles sont le plus souvent incohérentes. De plus, malgré leur importance pour la modélisation, il n'existe de données expérimentales de composition de la phase liquide. Nous avons donc conçu un dispositif expérimental basé sur la spectroscopie infrarouge (IR) permettant la mesure couplée de la solubilité du CO2 et de la teneur en CO2 moléculaire et en carbamate dans la phase liquide des systèmes CO2 / Alcanolamine / H2O. Cinq solutions de DEA, de MDEA et d'un mélange de ces deux amines ont été considérées. Afin d'obtenir une base de données fiable, complète et cohérente, nous avons entrepris des mesures complémentaires de solubilité du CO2 et du H2S dans les mêmes solutions aqueuses d'alcanolamines. Finalement, la base de données comprenant les nouvelles données de solubilité et de composition de la phase liquide se caractérise par des pressions partielles de gaz allant de 0,1 à 4600 kPa et des températures variant de 298,15 à 373,15 K. Elle a par la suite été régressée pour l'ajustement des paramètres du modèle EOS-électrolyte basé sur une équation d'état développée au laboratoire. Cette modélisation a pour particularité de tenir compte, pour la première fois, de la composition de la phase liquide
The absorption of the acid gases (CO2, H2S) by aqueous solutions of alkanolamines is a well-known gas sweetening process. The design and the optimization of this process require the use of a thermodynamic tool permitting a realistic representation of the vapor-liquid equilibrium of these electrolytes systems. Nevertheless, the solubility data used for the determination of models' parameters are, the most often, incoherent. Moreover, experimental data of speciation do not exist, although they are important for the modelling. We conceived an experimental device based on the infrared spectroscopy (IR) permitting the measurement of both CO2 solubility and molecular CO2 and carbamate speciation in the liquid phase of the CO2 / Alkanolamine / H2O systems. Five solutions of DEA, MDEA and a mixture of these two amines have been considered. In order to get a reliable, complete and coherent database, we undertook complementary measurements of the CO2 and H2S solubility in the same aqueous solutions of alkanolamines. Finally, the database obtained during this work, contains the new solubility and speciation data, and is characterized by gas partial pressures going from 0. 1 to 4600 kPa and temperatures varying from 298. 15 to 373. 15 K. This database has been regressed for the determination of the EOS-Electrolyte model parameters based on an equation of state developed in the laboratory. The originality of this modelling is to be the first one which considers speciation data

L'objectif de cette etude est de contribuer a une meilleure connaissance des contacteurs en ligne (hydroejecteurs et melangeurs statiques) en tant qu'organe de transfert de l'ozone dans l'eau et, ce qui est plus original, en tant que reacteur chimique utilisant les procedes d'oxydation o#3 et o#3/h#2o#2. Ce nouveau concept de traitement est etudie et mis en uvre avec succes pour l'elimination de la micropollution (atrazine) des eaux potables. Pour des temps de contact de l'ordre de la seconde, nous observons une efficacite comparable a celle observee dans des reacteurs plus classiques de type colonnes a bulles ou les temps de contact sont 300 a 600 fois plus eleves. Une application du procede utilisant les melangeurs statiques pour la detoxification et la desinfection des effluents de serre est developpee. Cette recherche porte sur la mise au point du traitement en laboratoire jusqu'a la conception, la realisation d'unites industrielles et la validation sur sites de ce choix technologique. Forts de ces approches experimentales, nous developpons un modele de simulation du fonctionnement des melangeurs statiques base sur la theorie du double film diffusionnel et son evolution en integrant la notion de renouvellement de l'interface.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement de nouveaux procédés de désacidification de gaz naturel à travers l'étude thermodynamique des équilibres entre les gaz acides (CO2 et H2S) et un solvant mixte. Ce solvant résulte de la combinaison d'un solvant chimique (solution aqueuse de diéthanolamine) et d'un solvant physique (méthanol). Couplant équilibres chimique et physique, la modélisation de ces systèmes nécessite l'élaboration de modèles complexes et une large gamme de données d'équilibre liquide-vapeur. La première partie de ce travail est consacrée à l'acquisition de données expérimentales de solubilité des gaz acides dans le solvant mixte. En étendant le champ d'application d'un appareillage fonctionnant en méthode synthétique, nous avons acquis des données originales de solubilité des mélanges CO2 + H2S dans des solvants eau-diéthanolamine-méthanol. Dans la seconde partie, la modélisation simultanée des équilibres chimiques et physiques est réalisée. L'approche hétérogène développée combine le modèle NRTL-Electrolyte pour représenter la phase liquide avec l'équation d'état de Peng-Robinson pour décrire le comportement de la phase vapeur. La procédure d'ajustement des paramètres est graduelle si bien que le système complet eau-diéthanolamine-méthanol-CO2-H2S est décrit de manière prédictive, les paramètres du modèle NRTL-Electrolyte ayant été déterminés sur des systèmes inférieurs. L'effet de solvatation du méthanol est aussi mis en valeur. Nous nous sommes également intéressés au calcul des chaleurs d'absorption et à l'extension de notre modèle à d'autres alcanolamines
This work is related to the development of new processes about gas sweetening with hybrid solvents coupling a chemical one (aqueous solution of diethanolamine) with a physical one (methanol). In the liquid phase, CO2 and H2S react with diethanolamine so that the VLE description of these systems is quite complex and requires experimental data. The first part of this work is dedicated to the experimental determination of acid gases + hybrid solvent solubility data. The experimental apparatus was improved to study H2S solubility and CO2 + H2S mixtures solubility in water-diethanolamine-methanol solvents. In the second part, the simultaneous representation of chemical and phase equilibria was realised. The heterogeneous approach developed here combines the Peng-Robinson equation of state for the vapour phase with the Electrolyte-NRTL model for the liquid phase. Parameters are fitted gradually so that the entire system water-diethanolamine-methanol-CO2-H2S system is extrapolated using Electrolyte-NRTL parameters determined by fitting experimental acid gas partial pressures of lower systems. Methanol effect is also described. An original calculation of heat of absorption was also developed. We extended the use of our approach to study others alkanolamines

Les légionelles sont un enjeu de santé publique majeur car ces bactéries sont responsables des cas de légionellose, parfois mortels. Les tours aéroréfrigérantes (TAR) peuvent être incriminées car pouvant potentiellement émettre des aérosols contaminés. Un traitement de désinfection de ces eaux est donc nécessaire. Cependant les techniques actuelles conduisent très souvent à des injections importantes de réactifs induisant des rejets écotoxiques dans l'environnement qu'il est nécessaire de limiter. L'application du traitement d'oxydation avancée H2O2/UV - considéré comme innovant pour ce domaine et dont l'impact environnemental est limité (décomposition du peroxyde d'hydrogène en eau et oxygène, peu de production de composés toxiques) - a prouvé son efficacité de désinfection à la fois au sein d'un pilote de laboratoire sur une eau reconstituée, chargée en microorganismes et matière organique, mais aussi lors du traitement de l'eau d'une TAR du secteur tertiaire. Les ultraviolets ont été appliqués de manière continue (10 à 22 J.cm-2 sur le pilote ; 2 à 7 J.cm-2 sur la TAR) avec le maintien d'un résiduel constant en peroxyde d'hydrogène (10 à 50 mg.L-1 sur le pilote ; 3 à 10 mg.L-1 sur la TAR). Sur le pilote de laboratoire, le traitement H2O2/UV a montré une efficacité supérieure à l'application des UV ou du peroxyde d'hydrogène seul. Des abattements plus importants sur les paramètres microbiologiques de l'eau et des biofilms (ATP, bactéries cultivables et totales) et une modification profonde de la matière organique (minéralisation) ont pu être observés. Il a ainsi été conservé les avantages de chaque technique (désinfection reconnue des UV et action bactéricide de H2O2), tout en limitant leurs inconvénients (absence de rémanence des UV, fortes concentrations nécessaires en H2O2) grâce à la génération de radicaux hydroxyles pouvant agir sur les microorganismes et la matière organique. L'étude sur une TAR a confirmé ces résultats et a montré de bonnes performances de désinfection en comparaison avec celles obtenues pour le dioxyde de chlore. Cependant, lors les phases d'optimisation des essais, une adaptation des bactéries au peroxyde d'hydrogène a été observée indiquant la nécessité d'un contrôle régulier de cet oxydant afin de maintenir un résiduel conséquent et d'éviter la mise en place d'une dérive du système. De plus, il a été montré que le traitement n'a eu qu'une faible action sur les produits de conditionnement de l'eau (antitartre, anticorrosion). Une rapide évaluation économique a permis de placer le couplage H2O2/UV dans le même ordre de grandeur que les traitements habituels.

Dans le cadre de la recherche de nouvelles sources d'énergie propres et durables, nous étudions les mécanismes de formation du dihydrogène (H2) dans les environnements intra-cratoniques. Des émanations naturelles de H2 ont précédemment été décrites à proximité des dorsales médio-océaniques et des ceintures ophiolitiques. Cette production naturelle de gaz, telle que documentée dans la littérature, est étroitement liée au métasomatisme de roches ultrabasiques d'origine mantellique, riches en minéraux ferromagnésiens, à travers les réactions de serpentinisation. Au Kansas (USA), des émanations de H2 intra-cratonique ont été révélées dès les années 80 par l'étude de puits riches en H2. Nos travaux s'appuient sur un nouveau forage, D#2 (Kansas, USA), ainsi que deux forages existants depuis les années 80, Heins#1 et Scott#1 (Kansas, USA). Le puits D#2 permet d'accéder à un aquifère modérément profond (~300 m) chargé en H2. Le gaz est composé également de N2 et de CH4 tout comme le gaz issu des contextes ophiolitiques. Du He est présent en quantité substantielle -comparé aux contextes précédents- dans ces forages. Afin de comprendre les processus engendrant la production de H2 dans ce contexte géologique, de quantifier le gaz ainsi généré, et de déterminer la relation du H2 avec les autres espèces gazeuses une étude multidisciplinaire gaz/eau/roche a été réalisée. Les résultats obtenus lors de l'étude de ces fluides mis en parallèle avec le contexte géologique régional et les lithologies observées ont permis (1) de proposer différents scénarios pour expliquer les associations de gaz observées et (2) de discuter de l'origine et des processus de production du H2, de l'He, et du N2
As part of the search for new sources of clean and sustainable energy, the mechanisms for the formation of dihydrogen (H2) in intracratonic environments were studied. Natural emissions of H2 have been described in the vicinity of mid-ocean ridges and ophiolite belts. This natural gas production, as documented in the literature, is closely related to the metasomatism of mantle rocks which are rich in mafic minerals, through the serpentinization reaction. In Kansas (USA), intracratonic H2 seepages were revealed in the 80’s by studies of H2-rich wells. Our work is based on a new borehole D#2 (Kansas, USA), and two boreholes previously studied in the 80s, Heins#1 and Scott#1 (Kansas, USA). The D#2 well provides access to a moderately deep aquifer (~ 300 m) loaded with H2. The gas is also composed of N2 and CH4 similarly to the gases issued from ophiolitic contexts. Helium is present in substantial quantities -compared to preceding contexts- in these boreholes. A multidisciplinary gas/water/rock study was carried out to understand the processes generating the production of H2 in this geological setting, to quantify the gas so generated, and to determine the relationship of H2 with other gaseous species. The results of these studies in parallel with the regional geological setting and observed lithology allowed (1) to propose several scenarios to explain the observed associations of gas and (2) to discuss the origin and production process of H2, He and N2

Une source chimique d'oxygène excité à l'état singulet 1O2 constituée du système, peroxyde d'hydrogène/molybdate de sodium, a été utilisée pour oxyder, à une échelle préparative, des composés organiques appartenant aux familles des terpènes, des hétérocycles, des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des sulfures, des phénols et des dérivés acryliques. Le milieu réactionnel a été sélectionné en fonction de l'hydrosolubilité du substrat : eau ou microémulsion (dichlorométhane/butanol/dodécylsulfate de sodium/eau). Le choix de la composition de la microémulsion s'est effectué en construisant une série de diagrammes de phases pseudo-ternaires qui ont permis de visualiser l'influence, du rapport cotensioactif/tensioactif, de la nature du solvant organique et de la concentration en molybdate de sodium sur la stabilité du système. Le comportement cinétique de l'oxygène singulet dans ce milieu a été étudié par un montage de photolyse éclair. Nous avons vérifié que la microémulsion se comporte cinetiquement comme un solvant homogène vis-à-vis de l'oxygène singulet quoiqu'un effet de la microstructure du milieu ait été clairement mis en évidence. Enfin, nous avons entrepris l'oxydation, à l'échelle préparative, du citronellol, précurseur de l'oxyde de rose. La mise au point de la formule optimale de la microémulsion, conduisant à une oxydation complète d'une concentration maximale en citronellol sans provoquer de demixtion, n'a pu être réalisée par l'approche scientifique traditionnelle en raison du nombre élevé de paramètres et des interactions qui les lient. Nous avons eu recours à une méthode séquentielle d'optimisation, le simplex, couplée à une fonction de désirabilité

L'objectif de ce travail est de caractériser par des méthodes de chimie quantique de haute qualité les processus réactionnels impliquant H, CO, H2CO, H3COH et H2O à la surface des grains interstellaires. En effet, H2CO et H3COH sont parmi les molécules organiques les plus abondantes dans les nuages moléculaires interstellaires. Il s’agit de la première étude décrivant les étapes conduisant au méthanol par hydrogénations successives de CO. En phase gazeuse, les méthodes multi-références ont été employées. Les calculs montrent que certaines étapes cruciales de la synthèse (formation de HCO) mettent en jeu des barrières d'activation significatives dans les conditions interstellaires. L’effet tunnel a aussi été pris en compte. Les mêmes réactions ont ensuite été étudiées sur des agrégats d'eau ou de CO. Ceux-ci ont été choisis comme surfaces modèles pour les grains interstellaires. Compte-tenu de la taille du système, les calculs ont été menés en utilisant la théorie DFT et la méthode MP2. Pour la formation de HCO, la présence d'un agrégat ne modifie pas l'énergie d'activation. En revanche, pour la formation de COH et H3CO, l'énergie d'activation est réduite et l'endo/exothermicité change. L'isomérisation HCOH-H2CO devient possible dans des agrégats d'eau. Ces résultats indiquent que l'état de surface et le flux d'atomes H peuvent avoir une influence notable, ouvrant d'autres voies non envisageables en phase gazeuse. Enfin, ces résultats seront intégrés dans le modèle astrophysique GRAINOBLE, ce qui permettra de tenir compte des différents intermédiaires qui pourraient potentiellement participer à la synthèse de ces deux molécules ainsi que d’autres plus complexes
Throughout this work high level quantum chemistry methods have been used to investigate reactive processes involving: H, D, CO, H2CO, H3COH and H2O at model interstellar grains surfaces. This study has mainly focused upon the formation of the two most abundant Complex Organic Molecules (COMS), H2CO and H3COH. For the first time, all of the hydrogenation steps have been considered and treated with reliable methods in the gas phase, and in particular making use of multi-reference approaches such as MRCI+Q and MRMP2. Following the characterization of all the reactions in the gas phase, the same processes have been investigated within small molecular clusters using various density functionals and MP2. This was done as a preliminary attempt to model the icy grain mantles of interstellar dust grains. For some of the steps, such as the formation of HCO, the activation energy does not vary significantly between the gas phase and the clusters. In contrast, for other processes, such as the formation of COH, and H3CO, the activation energy is lowered and the exothermicity/endothermicity of the reaction changes. In addition, the isomerizations of some species, as for instance HCOH to H2CO, are also strongly affected by the presence of water. From the cluster calculations, we conclude that the arrangement of the surface molecules and the H flux may have a significant influence on the chemical routes leading to H2CO and H3COH. Finally, we have also discussed how these results may be incorporated into astrophysical models, as our results suggest that the current route, that is considered, may not include all of the possible steps which may contribute to the actual formation of these COMs

Les radiations ionisantes sont une cause établie de cancers de la thyroïde mais un nombre croissant de travaux évoque aussi le rôle potentiel du peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans la pathogenèse des cancers thyroïdiens spontanés. Si les cassures double-brin de l’ADN (DSBs) sont considérées comme l’une des causes primaires de cancer, leur induction par l’H2O2 était plus controversée.

Lors de ce travail, nous avons voulu tester in vitro, dans différents modèles thyroïdiens, l’hypothèse selon laquelle l’H2O2 produit en grandes quantités in vivo pour oxyder l’iodure et synthétiser les hormones thyroïdiennes pouvait endommager l’ADN.

Les dégâts provoqués à l’ADN ont été évalués par le test des comètes (en milieu alcalin pour les cassures simple-brin (SSBs) et en milieu neutre pour les cassures double-brin de l’ADN) et quantitativement comparés à ceux produits par l’irradiation.

Nous avons montré dans une lignée cellulaire thyroïdienne de rat (PCCl3) que des concentrations non létales d’H2O2 (0.1 – 0.5 mM) tout comme l’irradiation (1 - 10 Gy) provoquaient une augmentation dépendante de la dose du nombre de SSBs et de DSBs.

L'induction de DSBs a été confirmée par la mesure du taux de phosphorylation de l’histone H2AX sur Sérine 139. L’induction de DSBs par l’H2O2 a également été observée dans des cultures primaires de thyroïdes humaines et dans des tranches de thyroïde de porcs.

L’utilisation de L-buthionine-sulfoximine (BSO), un agent qui empêche le renouvellement du glutathion cellulaire, a conduit à un abaissement du seuil d’observation des cassures de l’ADN induites par l’H2O2.

Nous avons également observé que les dommages de l’ADN étaient réparés plus lentement lorsqu’ils étaient provoqués par l’H2O2 plutôt que par l’irradiation.

Dans un second temps, nous avons exploré au niveau moléculaire les conséquences d’une exposition à 1 Gy d’irradiation γ ou à une concentration non létale d’H2O2 (0.05 – 0.2 mM) dans des cultures primaires de thyroïdes humaines et dans des lymphocytes T issus d’un même donneur. Nous avons étudié par micro-arrays les modifications du profil d’expression génétique de ces 2 types cellulaires afin de caractériser la spécificité de la réponse transcriptionnelle en fonction de la nature de l’agression, du type et de l’importance du dommage engendré ainsi que du type cellulaire.

Les 2 types cellulaires répondent de manière similaire à l’irradiation en termes de nombre de gènes régulés, avec un large recouvrement de réponses transcriptionnelles caractérisées par une forte sur-représentation de gènes impliqués dans l’apoptose et dans la réparation des dommages de l’ADN.

En revanche, la réponse transcriptionnelle à l’H2O2 est différente dans les 2 types cellulaires.

D’une part, les lymphocytes T qui montrent un dommage à l’ADN pour de plus faibles concentrations d’H2O2 que les thyrocytes présentent une réponse transcriptionnelle 1000 fois supérieure à celle observée dans les thyrocytes. D’autre part, les quelques gènes régulés dans les thyrocytes ne le sont pas dans les lymphocytes T. Il s’agit de gènes impliqués dans la défense contre les espèces réactives de l’oxygène (ROS). Ces résultats suggèrent l’existence de mécanismes de protection anti-oxydante spécifiquement développés dans les cellules thyroïdiennes.

En conclusion, ce travail a montré que l’H2O2, à des concentrations non létales, provoque des SSBs mais également des DSBs dans différents modèles thyroïdiens in vitro. La quantité de DSBs produite par l’H2O2 est comparable à celle observée après irradiation mais la vitesse de leur réparation est plus lente. D’autre part, en comparaison avec les lymphocytes T, les thyrocytes semblent particulièrement résistants aux effets de l’H2O2 et dotés de mécanismes de protection particulièrement performants et probablement partiellement inductibles contre les ROS.

Ces données soutiennent notre hypothèse de départ selon laquelle la production d’H2O2 dans la thyroïde pourrait jouer un rôle dans l’étiopathogénie des tumeurs thyroïdiennes, en particulier en cas de défenses anti-oxydantes altérées.

Doctorat en Sciences médicales
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Dans un contexte de raréfaction de la ressource en eau, le traitement des eaux usées peut permettre de constituer des réserves d’eau durables et valorisables pour des usages variés tels que l’irrigation des cultures, la recharge de nappe phréatique ou encore une utilisation directe par les industries grandes consommatrices d’eau (cimenterie, aciéries…). Ainsi, la nécessité d’améliorer le traitement des eaux usées en sortie de STEU devient primordial afin d’assurer une qualité chimique et microbiologique de l’eau compatible avec sa réutilisation. Le traitement des micropolluants constitue notamment un nouveau défi pour les STEU. Si des projets de recyclage des eaux usées émergent pour les grandes STEU, le potentiel des petites ou moyennes STEU, qui constituent près de 90% des installations en France, reste inexploité à l’heure actuelle. Pour y remédier, les procédés d’oxydation avancée, notamment ceux basés sur l’UV, se présentent comme des solutions de traitement prometteuses. L’objectif de cette étude est de démontrer que la technologie UV/H2O2 est efficace et économiquement réaliste pour la désinfection et l’élimination des micropolluants organiques dans ces petites et moyennes STEU. Dans une première phase, un pilote de laboratoire UV/H2O2 a été évalué en conditions réelles (débit, matrice) sur des modèles bactériens et sur des micropolluants estrogéniques (E1, E2 et EE2) dans les eaux usées traitées d’une STEU. L’efficacité du traitement est comparée à celle de la photolyse seule. Il a été montré que le traitement UV/H2O2 permet une amélioration de la désinfection en assurant une destruction des bactéries contrairement à la photolyse seule qui ne fait qu’inactiver les micro-organismes. D’autre part, les doses UV (plus petit 600 mJ/cm²) et les concentrations en H2O2 étudiées (30-50 mg/L d’H2O2) permettent d’abattre plus de 80% de l’ensemble des micropolluants ciblés et de l’activité biologique (estrogénicité) associée, sans former de sous-produits estrogéniques ou toxiques au regard des tests d’activité employés dans l’étude (YES et Vibrio Fisheri). Parallèlement, il a été montré que le procédé UV/H2O2 est également efficace pour éliminer plus de 70% des produits pharmaceutiques (diclofénac, ibuprofène et naproxène) à 1000 mJ/cm². Sur la base des paramètres de traitement établis en pilote de laboratoire, un prototype a été dimensionné pour la STEU de Vercia (filtre planté de roseaux, 1100 EH, Jura). Les conditions de traitement mises en œuvre (dose UV plus pertit 1000 mJ/cm², [H2O2] = 15 mg/L) ont permis d’obtenir une eau de très haute qualité bactériologique et des abattements des micropolluants suivis supérieurs à 90%. Cette expérimentation à échelle réelle a permis d’estimer le coût global de cette technologie à environ 0,28 €/m³. L’ensemble de ce travail de recherche conclue à l’efficacité et au fort potentiel de la technologie UV/H2O2 pour le recyclage des eaux usées traitées des petites et moyennes STEU
Water scarcity is a growing concern worldwide. In this context, treated wastewater is seen as a sustainable water resource which could be used for different purposes such as irrigation, groundwater recharge or industrial activities. Reclaimed water is an environmentally and economically solution, still poorly developed in France. However, an increasing demand is expected in the coming years. Therefore, treatment enhancement in wastewater treatment plant could be necessary in order to meet chemical and biological water quality requirements which will depend on the final use of the treated water. The treatment of emerging micropollutants is one of the new challenge WTP will have to cope with. Enhanced treatment processes (ozonation, activated carbon, membrane filtration) have already been set up in large WTP but small and medium WTP, representing around 90% of the French WTP, are still lacking of affordable treatment solutions. However, UV based advanced oxidation process (AOP) could be a promising technology in order to produce a water of high quality. The aim of this study is to demonstrate that UV/H2O2 process is technically and economically efficient for the disinfection and the removal of micropollutants in small and medium WTP. First of all, a UV/H2O2 pilot at a laboratory scale was assessed on bacterial models as well as estrogenic micropollutants (E1, E2 and EE2) in treated wastewater. Treatment efficiency was compared to UV photolysis. It was shown that UV/H2O2 treatment increased the disinfection process by destroying the cellular membrane integrity whereas the UV photolysis could only inactive the bacteria. Moreover, when combining UV (plus petit 600 mJ/cm²) and H2O2 (30-50 mg/L), above 80% of the estrogenic compounds and the associated estrogenic activity could be removed. No high estrogenic or toxic by-products were detected by the two bioassays used in this study (YES and vibrio fisheri). The UV/H2O2 process could also degrade pharmaceuticals such as diclofenac, ibuprofen and naproxen (>70 % at 1000 mJ/cm²). In a second part, a full scale pilot was designed based on the previous results and set up in a WTP in Vercia (Jura). The treatment (UV fluence ≈ 1000 mJ/cm², [H2O2] = 15 mg/L) allowed to obtain a water of a very high bacteriological and chemical quality. The global cost of the process was estimated at around 0.28 €/m³. This study demonstrates the efficiency of the UV/H2O2 process in a small WTP and its high potential for reclaimed water production

L’utilisation de colorants synthétiques se développe depuis de nombreuses années dans des différentes industries. Les procèdes les plus couramment utilises pour le traitement des eaux usées colorées sont les traitements biologiques mais ils ont leurs limites. Les techniques d’oxydation chimique traditionnelle quant a elles conduisent à la coupure de la molécule au niveau du chromophore ne peuvent pas minéraliser totalement des colorants alors que la dépollution complète de ces effluents l’exigerait. Le procède photo-fenton homogène est une technique de traitement qui peut dégrader les effluents colores efficacement. Mais il y a quelques inconvénients majeurs qui limitent l’application industrielle de cette technologie. L’objectif de ce travail de recherche était d’étudier la décoloration et la dégradation des solutions des colorants: acide orange 7 acide orange 8 acide rouge i4 acide rouge 73 et acide bleu 74 par le procède d’oxydation avancée: photo-Fenton heterogene. Dans ce procède la zeolite fe-zsm5 a été utilisée comme un catalyseur heterogene. L’application de ce système nous a permis d une part de diminuer la quantité de boue formée au cours du traitement ainsi que la consommation d’énergie électrique engendrée par l’utilisation d’UV estimée à l aide de la méthode figures-of-merit et d’autre par d’étendre l’application du procède type photo-fenton aux ph plus élevés. La modélisation des procèdes étudies a été faite par deux méthodes à la méthodologie de surface de réponse (RSM) et les réseaux neuronaux artificiels (ANNS) - afin d optimiser la performance de système et également d'évaluer les effets simples et combines des différentes variables sur l’efficacité du traitement
Large amounts of dyes are annually produced and applied in different industries. The biological methods are widely used for treatment of coloured ef fluents, but they have some limitations. Traditional chemical oxidations that destroy the chromophore of the molecule could not also result the complete mineralisation of the dyes. Homogeneous photo-fenton is a promising technique for treatment of the effluents but there are still some drawbacks that limit the industrial applications of this method. The aim of this work was to study the decolourisation and the degradation of coloured solution containing acid orange 7 acid orange 8 acid red I4 acid red 73 or acid blue 74 by an advanced oxidation process: heterogeneous Photo-fenton. In this study zeolite fe-zsm5 was used as a heterogeneous catalyst. Application of this system not only allowed us to diminish the quantity of sludge formed during the process but also reduced the consummation of electrical energy process keeps its high efficiency even at neutral phs. The modelling of the process was done by two methods - response surface methodology (RSM) and artificial Neural networks (ANNS) in order to optimise the performance of the system and to evaluate the simple and the combined effects of different variables on the process efficiency

La thyroïde capte et concentre l’iodure afin de produire les hormones thyroïdiennes T3 et T4. L’iodure est capté au pôle basolatéral du thyrocyte par le symporteur Na+/I- (NIS) et transporté jusqu'au pôle apical de la cellule où il est oxydé par la thyroperoxydase (TPO). La forme oxydée de l’iodure se lie à des résidus tyrosyls de la thyroglobuline (Tg), contenue dans la thyroïde, qui couplés donneront naissance à la T3 et la T4. L’iodation et le couplage sont possibles grâce à la thyroperoxydase et à la présence d’un système générateur d’H2O2. Celui-ci est composé des protéines à sept hélices transmembranaires Duox1 et Duox2 présentant 83% de similitude de séquence entre elles et possédant deux motifs EF-hand ainsi qu’un site de liaison au FAD et quatre sites de liaison au NADPH. Dans la thyroïde humaine, l’ARN messager de Duox2 est plus exprimé que celui de Duox1. Jusqu'il y a peu de temps, nous n'avions à notre disposition aucun anticorps spécifique de l’une ou l’autre des Duox. Il n'était donc pas possible de déterminer si cette différence d’expression se retrouve au niveau protéique. Les PCCl3 sont une lignée de thyrocytes de rat possédant un système générateur d’H2O2 fonctionnel. Contrairement aux cultures primaires de thyrocytes humains, ces cellules peuvent être transfectées facilement. L’introduction de siRNAs spécifiques de Duox1 ou Duox2 de rat, via des vecteurs plasmidiques, a permis de démontrer que le peroxyde d’hydrogène produit par les PCCl3 est principalement généré par Duox1. En effet, l’inhibition de l’expression de Duox1 est directement corrélée à la diminution de production d’H2O2. Cette inhibition n’interfère pas avec d’autres fonctions de la cellule thyroïdienne puisque les cellules invalidées pour Duox1 sont toujours capables de capter l’iodure. De plus, la réintroduction de l’expression de Duox1 par transduction lentivirale permet de restaurer la production de peroxyde d’hydrogène.

Faute d’une maturation correcte des protéines Duox à la membrane plasmique, il a longtemps été impossible de reconstituer un système générateur d’H2O2 actif par transfection de Duox1 et/ou Duox2 en système hétérologue. En 2006, les protéines activatrices des protéines Duox1 et Duox2, respectivement appelées DuoxA1 et DuoxA2, ont été identifiées. Leur co-expression avec les enzymes Duox permet à ces dernières de migrer à la membrane et d’être actives. La distribution tissulaire des protéines DuoxA est parallèle à celle des Duox. La découverte des protéines activatrices a permis d’étudier spécifiquement la régulation de l’activité de Duox1 et de Duox2. La production d’H2O2 de Duox1 est positivement régulée par la voie de l’AMPc via des phosphorylations par la protéine kinase A (PKA). La génération d’H2O2 de Duox2 est sous le contrôle de la voie des phosphatidylinositols-Ca2+ conduisant à l’activation de la protéine kinase C (PKC). L’activation de Duox2 est également corrélée à une modification de l’état de phosphorylation de la protéine. Dans les thyrocytes humains, le récepteur de la TSH est couplé aux protéines Gs et Gq/11. La TSH liée à son récepteur est donc capable d’activer la voie de l’AMPc et la voie des phosphatidylinositols-Ca2+. Dans les thyrocytes humains en culture primaire, l’activation de la PKA et de la PKC mène également à une augmentation de la phosphorylation des protéines Duox.

En conclusion :1) Duox1 est majoritairement responsable de la production d’H2O2 dans la lignée de thyrocytes de rat PCCl3 ;2) l’activité de Duox1 humain co-exprimé avec son activateur en cellules Cos-7 est régulée positivement par la voie de l’AMPc via des phosphorylations par la PKA ;3) l’activité de Duox2 humain co-exprimé avec son activateur en cellules Cos-7 est stimulée par la voie des phosphatidylinositols-Ca2+ via des phosphorylations par la PKC ;4) les thyrocytes humains expriment les deux protéines Duox. La production d’H2O2 est augmentée suite à l’activation de la voie de l’AMPc et de la voie des phosphatidylinositols-Ca2+. Les protéines Duox sont phosphorylées au niveau basal et cette phosphorylation est augmentée suite à l’activation de la PKA ou de la PKC.

Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques
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L’H2O2, produit en grande quantité dans la thyroïde, est depuis longtemps suspecté de jouer un rôle dans la pathogenèse des nodules et des cancers thyroïdiens. En effet, dans une situation pathologique où la production d'H2O2 serait excessive ou lors d’un défaut de protection par les enzymes de détoxification, l’H2O2 pourrait devenir toxique. In vitro, des quantités modérées d’H2O2 sont capables de provoquer des dégâts à l'ADN similaires à ceux induits par une irradiation de 1 Gy et peuvent même provoquer des réarrangements RET/PTC trouvés dans la plupart des carcinomes papillaires de la thyroïde.

La première partie de ce travail visait à mieux comprendre les mécanismes de protections qui pourraient être impliqués dans la défense contre les effets néfastes de l’H2O2 ainsi que le rôle de l’H2O2 dans la cancérogenèse thyroïdienne. Nous avons utilisé des cultures primaires de thyrocytes humains et nous les avons comparées à des lignées cellulaires de diverses origines ainsi qu’à des cultures primaires de lymphocytes T. Les résultats obtenus après traitement à l’H2O2 ont été comparés à ceux obtenus après irradiation, agent carcinogène connu.

Nous avons montré, grâce à une méthode fluorimétrique, que le thyrocyte était capable de dégrader de façon très efficace l’H2O2.

L’utilisation de L-buthionine-sulfoximine (BSO), un agent qui déplète la cellule en glutathion, a conduit à un abaissement du seuil d’observation des cassures de l’ADN (test des comètes) induites par l’H2O2 dans le thyrocyte ;ce qui suggère que la glutathion peroxydase (GPx) est impliquée dans la protection des thyrocytes en réponse à une agression par l’H2O2. Ceci a été confirmé par une augmentation de l'activité enzymatique de la GPx dans le thyrocyte une heure après une exposition à de l’H2O2 et pas après irradiation.

Une augmentation de l’expression de l’Hème oxygénase 1 (HMOX1) a été confirmée par RT-qPCR dans le thyrocyte après un traitement à l’H2O2. Ces résultats concordaient avec les résultats précédemment obtenus par microarray.

Les cinétiques de réparation de l'ADN ont montré que les dégâts à l'ADN étaient réparés plus lentement quand ils étaient provoqués par l’H2O2 que par l’irradiation. Les lymphocytes T sont incapables de réparer les dommages causés à l'ADN par l’H2O2.

Un pré-traitement des thyrocytes avec de l’H2O2 ralentit la réparation des dégâts à l’ADN induits par l’irradiation ce qui suggère une inhibition des enzymes de réparation en cas de stress oxydant.

La deuxième partie du travail a consisté à étudier la réaction de Fenton dans la thyroïde. En effet, un excès de fer libre a été suspecté d’être un facteur favorisant dans la génération de divers cancers dont le cancer thyroïdien. En présence d’H2O2, un excès de fer libre entraine la génération de radicaux hydroxyl, hautement réactifs (réaction de Fenton).

Nous avons mesuré les dégâts à l’ADN des thyrocytes pré-incubés avec des concentrations de FeSO4 compatibles avec la survie et traités avec l’H2O2. Une augmentation des dégâts à l’ADN et un ralentissement de leur réparation ont été observés dans les cellules. Les dégâts induits par l’irradiation n’étaient pas influencés par la présence de FeSO4.

Enfin, la troisième et dernière partie du travail a consisté à étudier les effets d’une irradiation causée par l’iode131 (I131) et de les comparer à ceux produits par une irradiation γ sur des thyrocytes humains en culture primaire ainsi que sur des lignées thyroïdiennes de rats (FRTL5 et PCCl3). L’irradiation par l’I131 produit moins de dégâts à l’ADN sur le thyrocyte, par le test des comètes, qu’une irradiation γ (Cs137) à doses irradiantes absorbées équivalentes. Un effet dose-réponse de l’irradiation par I’131 sur les lignées cellulaires (FRTL5 et PCCl3) est observé avec des activités radioactives faibles et des temps d’incubation courts.

En conclusion, le thyrocyte a développé plusieurs mécanismes de protection efficaces contre le stress oxydant, en particulier contre l’H2O2. Une augmentation du stress oxydant suite à un excès d’H2O2, de fer libre ou d’un défaut d’un des mécanismes de protection pourrait favoriser l'apparition de cancers sporadiques de la thyroïde.

Doctorat en Sciences médicales
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse concerne la simulation et la commande d'un biofiltre de dénitrification. Selon que l'on considère ou que l'on néglige la diffusion, des modèles d'EDP paraboliques ou hyperboliques sont considérés. En plus des classiques méthodes des lignes, des approches spécifiques au type d'EDP sont évaluées pour simuler le système. La méthode des caractéristiques s'applique aux systèmes d'EDP hyperboliques. L'analyse modale utilisée pour les systèmes d'EDP paraboliques permet de manipuler un système d'ordre réduit. L'objectif de commande est alors de réduire la concentration en azote en sortie du réacteur sous une certaine limite, en dépit des perturbations externes et des incertitudes du modèle. Deux stratégies de commande sont considérées. Une approche "early lumping" permet la synthèse d'une loi de commande linéaire H2 de type retour de sortie avec observateur. Une approche "late lumping" associe une loi de commande linéarisante à un observateur à paramètres distribués
This thesis addresses the simulation and control of a denitrification biofilter. Parabolic and hyperbolic PDE models may be considered, which depends on the fact of considering or neglecting the diffusion phenomenon. In plus of the classical methods of lines, approaches specific to the type of PDE system are evaluated to simulate the biofilter. The method of characteristics applies to hyperbolic PDE systems. The modal analysis used on the parabolic PDE system allows manipulating a reduced order model. The control objective is then the reduction of the nitrogen concentration at the output of the reactor below some pre-specified upper limit, in spite of the external disturbances and uncertainties of the model. Two control strategies are considered. An early lumping approach is used to synthesize an observer-based H2 output feedback linear controller. A late lumping approach associates a linearizing control to a distributed parameter observer

Résumé : Les ions hydronium (H3O + ) sont formés, à temps courts, dans les grappes ou le long des trajectoires de la radiolyse de l'eau par des rayonnements ionisants à faible transfert d’énergie linéaire (TEL) ou à TEL élevé. Cette formation in situ de H3O + rend la région des grappes/trajectoires du rayonnement temporairement plus acide que le milieu environnant. Bien que des preuves expérimentales de l’acidité d’une grappe aient déjà été signalées, il n'y a que des informations fragmentaires quant à son ampleur et sa dépendance en temps. Dans ce travail, nous déterminons les concentrations en H3O + et les valeurs de pH correspondantes en fonction du temps à partir des rendements de H3O + calculés à l’aide de simulations Monte Carlo de la chimie intervenant dans les trajectoires. Quatre ions incidents de différents TEL ont été sélectionnés et deux modèles de grappe/trajectoire ont été utilisés : 1) un modèle de grappe isolée "sphérique" (faible TEL) et 2) un modèle de trajectoire "cylindrique" (TEL élevé). Dans tous les cas étudiés, un effet de pH acide brusque transitoire, que nous appelons un effet de "pic acide", est observé immédiatement après l’irradiation. Cet effet ne semble pas avoir été exploré dans l'eau ou un milieu cellulaire soumis à un rayonnement ionisant, en particulier à haut TEL. À cet égard, ce travail soulève des questions sur les implications possibles de cet effet en radiobiologie, dont certaines sont évoquées brièvement. Nos calculs ont ensuite été étendus à l’étude de l'influence de la température, de 25 à 350 °C, sur la formation in situ d’ions H3O + et l’effet de pic acide qui intervient à temps courts lors de la radiolyse de l’eau à faible TEL. Les résultats montrent une augmentation marquée de la réponse de pic acide à hautes températures. Comme de nombreux processus intervenant dans le cœur d’un réacteur nucléaire refroidi à l'eau dépendent de façon critique du pH, la question ici est de savoir si ces fortes variations d’acidité, même si elles sont hautement localisées et transitoires, contribuent à la corrosion et l’endommagement des matériaux.
Abstract : Hydronium ions (H3O+) are formed within spurs or tracks of the low or high linear energy transfer (LET) radiolysis of pure, deaerated water at early times. The in situ radiolytic formation of H3O+ renders the spur and track regions temporarily more acid than the surrounding medium. Although experimental evidence for an acidic spur has already been reported, there is only fragmentary information on its magnitude and time dependence. In this work, spur or track H3O+ concentrations and the corresponding pH values are obtained from our calculated yields of H3O+ as a function of time, using Monte Carlo track chemistry simulations. We selected four impacting ions and we used two different spur and track models: 1) an isolated “spherical” spur model characteristic of low-LET radiation and 2) an axially homogeneous “cylindrical” track model for high-LET radiation. Very good agreement was found between our calculated time evolution of G(H3O+) in the radiolysis of pure, deaerated water by 300-MeV incident protons (which mimic 60Co gamma/fast electron irradiation) and the available experimental data at 25 °C. For all cases studied, an abrupt transient acid pH effect, which we call an “acid spike”, is observed during and shortly after the initial energy release. This acid-spike effect is virtually unexplored in water or in a cellular environment subject to the action of ionizing radiation, especially high-LET radiation. In this regard, this work raises a number of questions about the potential implications of this effect for radiobiology, some of which are briefly evoked. Our calculations were then extended to examine the effect of temperature from 25 to 350 °C on the yield of H3O+ ions that are formed in spurs of the low-LET radiolysis of water. The results showed an increasingly acidic spike response at higher temperatures. As many in-core processes in a water-cooled nuclear reactor critically depend on pH, the question here is whether these variations in acidity, even highly localized and transitory, contribute to material corrosion and damage.

Si la sueur fraîchement émise par le corps humain est inodore, la dégradation de celle-ci par la flore bactérienne cutanée produit des composés volatils malodorants, responsables des odeurs de transpiration. Les odeurs de transpiration apparaissent également sur les vêtements au cours de leur utilisation, particulièrement sur les textiles réalisés en fibres synthétiques. Ce travail a pour but d’améliorer la compréhension du phénomène d’émanation d’odeurs en étudiant l’effet du sujet testé, l’effet de la flore bactérienne et l’effet du textile sur les émissions de composés volatils malodorants.L’intérêt de ce travail réside dans l’approche globale de la problématique des odeurs de transpiration et dans la diversité des méthodes de mesure mises en place, tant dans l’étude de la flore microbiologique que dans les méthodes de mesures des composés odorants émis.Dans un premier temps, le dénombrement simultané de la flore bactérienne sur la peau et sur le vêtement a été réalisé sur un échantillon de 15 sujets à l’issue d’un exercice physique. Cette expérimentation a permis d’évaluer le taux de transfert bactérien moyen lors d’une activité sportive et d’étudier son rôle dans l’émission d’odeurs. Ensuite, afin d’affiner ces résultats, une méthode basée sur la biologie moléculaire a été mise en place pour réaliser le suivi qualitatif de la stabilité de la flore commensale axillaire d’un sujet pendant 3 mois. Le transfert bactérien spécifique entre la peau du testeur et le vêtement a été étudié pour 4 matières textiles sélectionnées (dont le coton et le PET). Ceci a permis de déterminer le rôle du transfert bactérien spécifique dans l’émission des odeurs à partir de textile.Enfin, le dernier chapitre est consacré à l’étude de l’émission de composés volatils et odorants à l’aide de mesures olfactives et d’un nez électronique au cours du temps par 8 composants textiles sélectionnés. Après traitement statistique par analyse en composante principale et étude détaillée des mesures, 9 composés chimiques ont été identifiés comme indicateurs d’un comportement textile malodorant. Ces derniers pourraient être utilisés dans la mise en place d’une méthode ciblée de mesure physico-chimique des mauvaises odeurs.Ce travail a permis de déterminer l’impact de chacun des facteurs sujet, flore bactérienne et textile dans l’émission d’odeurs. En outre, ce travail ouvre des perspectives sur l’étude des contaminations bactériennes par contact, mais également dans l’étude des odeurs, sur les phénomènes de désorption de molécules volatiles à partir de différentes matrices textiles et sur les solutions pouvant être envisagées pour limiter les émissions odorantes à partir de textiles
Fresh human sweat is odorless. Odoriferous volatile compounds are produced by the metabolism of bacteria living on the skin, generating strong malodor. Sweaty body odors do also appear on clothes during use, and especially on synthetic fabrics. The aim of this document is to improve understanding of odor emission by investigating subject effect, microbiota effect and fabric effect on the emission of odoriferous volatile compounds.Odors of perspiration are hereby globally approached with a wide use of methods and experimental devices, for microbial flora study as well as for odoriferous volatile compounds emission study.First, microflora enumeration has been simultaneously processed on the skin and on the fabric after exercise for 15 subjects. This experiment allowed an evaluation of the average bacterial transfer yield during physical activity and the beginning of the investigation of its effect on odor emission.A molecular biology methodology has then been developed in order to refine these results. Monitoring of qualitative composition of the microbiota has been performed to study the stability of the armpit’s ecosystem on a subject during 3 months. Specific microbial transfer from subject’s skin to clothe has been performed for 4 textile fabrics (including cotton and PET). This leaded to characterize the effect of specific bacterial transfer on odor emission from fabric.The last chapter is dedicated to the study of the emission of odoriferous volatile compounds over time using olfactory measurements and electronic nose for 8 selected fabrics. Principal component analysis targeted 9 chemical compounds that have been selected as malodorous behavior indicators for a given fabric. Those 9 compounds could be used for setting up a fitted physicochemical method of malodor.To conclude, this study helped to understand the effect of 3 factors in odor perception from a fabric after sport : subject, microbial flora and fabric. Perspectives have been charted on contact microbial contamination, but also on odor, and especially on desorption of odoriferous volatile molecules from a textile or knitted matrix. The solutions that could be used to limit malodorous emission from fabrics have also been discussed

L'étude des surfaces planétaires a été profondément modifiée par la dernière génération d'instruments spatiaux : les spectro-imageurs. Ces détecteurs produisent de nombreuses images hyperspectrales, pour lesquelles chaque pixel est associé à un spectre. Ils permettent un suivi spatial et temporel des propriétés optiques des sols. Le premier objectif de cette thèse est de proposer des outils permettant de traiter la grande quantité d'images et de spectres afin d'aborder des problématiques planétologiques. Deux types d'analyse des images produites par l'instrument OMEGA (Mars Express/ESA) sont avancées : (i) WAVANGLET, une méthode rapide de détection des corps chimiques au sol, (ii) JADE+BPSS, une séparation de source en aveugle qui permet de détecter des corps chimiques sans a priori.
Les régions polaires de Mars sont le siège d'un cycle climatique annuel d'échange de CO2 entre atmosphère et surface. Pendant la nuit polaire, le CO2 atmosphérique se condense au sol, tandis qu'il se sublime à nouveau pour gonfler l'atmosphère, dès les premiers rayons du soleil au printemps. Ce cycle a été mis à jour depuis les années 60 mais aujourd'hui encore, le détail microphysique d'interaction entre atmosphère et surface demeure inconnu. Le second objectif de cette thèse est d'établir un modèle de sublimation des dépôts saisonniers martiens. Le bilan de masse est simulé par un bilan radiatif sur une surface rugueuse. La confrontation de ce modèle avec différents jeux de données spatiales a permis de montrer que la sublimation de la calotte saisonnière sud de Mars est contrôlée majoritairement par son albédo. Des études ultérieures seront nécessaires pour saisir quels sont les mécanismes à l'origine des variabilités d'albédo (métamorphisme, contamination en poussière, . . . ).

碩士
國立彰化師範大學
車輛科技研究所
106
The purpose of this study is to investigate the engine performance with the change of carriage and the difference of air-fuel ratio (AFR) by using Ethanol-gasoline, Butanol-gasoline, and hydrogen fuel (HHO). There are two stages in this study. Using programmable ECU to affect AFR under idle speed, fixed rotation (RPM), and temperature was first examined to see the improvement of engine performance and pollutant emission. Result indicated that lean burn do show the significant improvement. The instability of alcohol-gasoline was improved by adding HHO. Using programmable ECU to adjust pressure and injection volume; fans to maintain the temperature of the engine; O2 sensor and catalytic converter to affect the conversion, we found out that the emission reduction of CO, HC and NOx is respectively 42%, 36% and 26%. In the second stage, we use DYNO-mite dynamometer according to “Map of Global motorcycle driving mode” as the test condition, we tested under 30KM/h and 50KM/h. Result of the test showed that Ethanol-gasoline and Butanol-gasoline have the lowest BSFC and the perfect emission. At the speed of 30KM/h with 10 to 30N-m and at the speed of 50KM/h with 10N-m and 50N-m, not only the emission of HC is 0, but also the number of BSFC is as good as gasoline.

Abstracts in English, Sotho and Afrikaans
The purpose of this study was to explore the classroom practices of Senior Phase Natural Sciences teachers in some of the schools of the Vhembe District. Qualitative case study approach was employed and three teachers participated. The following research questions were explored: What is the level of the teacher’s subject-matter knowledge in the teaching of Natural Sciences (NS)? What is the nature of the teacher’s instructional strategies in the teaching of NS? How does the teacher’s subject-matter knowledge and instructional strategies shape the teachers’ classroom interaction and discourse in the teaching of NS? Interviews, observations and a questionnaire have been used for data collection. Teachers used their teaching experiences to teach NS. Results indicated lack of teachers, facilities and resources. It is recommended that the Department of Education as an arm of government should see that schools have the facilities, resources and teachers they need for proper teaching and learning as well as providing sufficient workshops to improve teachers’ classroom practices.
Sepheo sa thuto ena e ne e le ho hlahloba mekhoa ea litlelase tsa matichere a Phahameng ea Setsebi sa Tlhaho ea Setsebi tse ling tsa sekolo sa Vhembe. Ho ne ho sebelisoa mokhoa o nepahetseng oa ho ithuta litsebo le matichere a mararo. Lipotso tse latelang tsa lipatlisiso li ile tsa hlahlojoa: Mokhoa oa mosuoe oa mosuoe ke oa mofuta ofe thutong ea Saense ea tlhaho? Mokhoa oa mekhoa ea koetliso ea tichere ke efe tabeng ea thuto ea saense ea tlhaho? Mosuoe oa mosuoe o tseba joang le mekhoa ea ho ruta e amanang le ho sebelisana ha tichere le ho bua ka thutho ea saense ea tlhaho? Lipuisano, litlhaloso le lipotso. E sebeliselitsoe ho bokella data. Barupeluao ba ile ba sebelisa liphihlelo tsa bona tsa thutho ho ruta saense ea tlhaho. Liphello li bonst’a ho haelloa ke matichere a saense ea tlhaho, mehaho le thepa. Ho khothalletsoa hore Muso le Lefapha la Thuto lo bone hore likolo li na le mehaho, lisebelisoa le matichere bakeng sa thuto le thutho e nepahetseng hammoho le ho fana ka lithupelo tse lekaneng bakeng sa ho ntlafatsa mekhoa ea matichere ea tlelase.
Die doel van die studie was om die klaskamerpraktyke van senior Fase Natuurwetenskappe-onderwysers in sommige skole van skole in die Vhembe-distrik te ondersoek. Kwantitatiewe gevallestudie-benadering was in diens en drie onderwysers het deelgeneem. Die volgende navorsingsvrae is ondersoek: Wat is die aard van die onderwyser se onderwyser kennis in die onderrig van Natuurwetenskappe? Wat is die aard van onderwyser se onderrigstrategiee in die onderrig van Natuurwetenskappe? Hoe vorm die onderwyser se kennis en onderrigstrategiee die onderwyser se klasinteraksie en-diskoers in die onderrig van Natuurwetenskappe? Onderhoude, waarnemings en vraelys wat gebruik word vir data-insameling. Deelnemers het hul onderrigervarings gebruik om Natuurwetenskappe te onderrig. Resultate dui op gebrek aan Natuurwetenskappeonderwysers, fasiliteite en-bronne. Dit word aanbeveel dat die regering en die Departement van Onderwys moet sien dat skole fasiliteite, hulpbronne en onderwysers het vir behoorlike onderrig en leer, asook voldoende werkwinkels om onderwysers se klaskamerpraktyke te verbeter.
Science and Technology Education
M. Ed. (Natural Science Education)

Morero oa thuto e ne e le ho hlahloba hore na hobaneng matichere a maemo a phahameng a hokahanya kapa a sa kopanye thuto ea tikoloho ho ruteng le ho ithuteng. Sepheo sa thuto ena e ne e le tsebo ea mosuoe mabapi le thuto ea tikoloho, maano a ho a sebelisa, liphephetso le menyetla e fumanoeng ha ba tlameha ho kopanya thuto ea tikoloho. Boithuto bo amohetse mokhoa oa ho etsa lipatlisiso oa boleng, thuto ea linyeoe le paradigm ea lipatlisiso. Lintlha tsa boleng li ile tsa bokelloa ho sebelisoa lipuisano le boithuto ba lithuto. Matichere a mararo a nkile karolo thutong ena. Pseudonyms e ne e sebelisoa ho sireletsa boitsebiso ba bona. Mokhoa oa typology o sebelisitsoe ho sekaseka metheo ea data lipotsong tsa lipatlisiso, lihlooho, sebopeho sa mohopolo, tlhahlobo ea lingoliloeng le boiphihlelo ba motho oa mofuputsi. Lintlha tsohle tse bokelletsoeng, li ile tsa hlahlojoa le ho hlalosoa e le nyeoe e le ‘ngoe. Phuputso e senotse hore thuto ea tikoloho ha e kopantsoe ka katleho, matichere a hokahanyang le tse sa kopaneng li bile le mathata le hore matichere ha a na tsebo e lekaneng mabapi le ho kopanngoa ha thuto ea tikoloho. Ka hona, ho khothalletsoa hore sekolo mmoho le matichere ba hlahise mananeo a thuto a tikoloho ka bophara le ho fan aka maikutlo a mekhoa e ka sebelisoang ho ntlafatsa maano a bona a ho ruta ho kopanya thuto ea tikoholo ka nepo.
Injongo yesifundo yayikukuphonononga ukuba kutheni kwaye kutheni ootitshala benqanaba eliphakamileyo bedibanisa okanye bengadibanisi imfundo yendalo ekufundiseni nasekufundeni. Ugxininiso kolu phando lwalukwimfundo katitshala malunga nemfundo yendalo esingqongileyo, iindlela zokufundisa ezisetyenzisiweyo, imiceli mngeni kunye namathuba afunyanwa xa kufuneka edibanise imfundo yendalo. Uphononongo lwamkele indlela yophando esemgangathweni, uyilo lwamatyala kunye nepharadigm yophando. Idatha yolwazi yaqokelelwa kusetyenziswa udliwanondlebe kunye nokujonga izifundo. Ngootitshala abathathu abathathe inxaxheba kolu phando. I-pseudonyms yasetyenziswa ukukhusela ubuqu babo. Indlela yokuchwetheza isetyenziselwe ukuhlalutya iziseko zedata kwimibuzo yophando, imixholo, isikhokelo sekhonkco, uphononongo loncwadi kunye namava obuqu omphandi. Yonke idatha eqokelelweyo, yahlalutywa kwaye itolikwa njengecala elinye. Olu phando luveze ukuba imfundo yendalo esingqongileyo ayihlangananga kakuhle, ootitshala abadibanisa kunye nabangazidibanisi nemiceli mngeni kwaye ootitshala abanalwazi lwaneleyo malunga nokudityaniswa kwemfundo yendalo esingqongileyo. K ngoko kucetyiswa ukuba isikolo kunye nabafundisi-ntsapo bazise iinkqubo zokufunda zokusingqongileyo kwaye bacebise ngeendlela ezinokuthi zisetyenziselwe ukuphucula izisetyenziselwe ukuphucula izicwangiso zabo zokufundisa ukulungiselela ukudityaniswa kwemfundo yendalo esingqongileyo ngempumelelo.
The aim of the study was to explore how and why senior phase teachers are capable or incapable of integrating environmental education in teaching and learning. The focus of this study was on teacher’s knowledge about environmental education, instructional strategies used and challenges and opportunities experienced when they have to integrate environmental education. The study adopted a qualitative research method, case study design and an interpretative research paradigm. Qualitative data was collected using interviews and lesson observations. Three teachers participated in this study. Pseudonyms were used to protect their identities. A typology approach was utilised to analyse data based on the research questions, themes, conceptual framework, literature review and the personal experience of the researcher. All data collected was analysed and interpreted as a single case using. The study revealed that environmental education is not integrated effectively, teachers who integrate and those that do not integrate encountered challenges and that teachers have inadequate knowledge about the integration of environmental education. Therefore, it is recommended that the school together with teachers introduce continuous environmental education programmes and suggests approaches that can be used to improve their instructional strategies to enable the intergration of environmental education effectively.
Science and Technology Education
M. Ed. (Environmental Education)

This study is environmental in nature, occurring within a series of nested frameworks, namely school role players, sustainable development and greening schools. From a South African context, the day-to-day operations of the school activities and programmes are not solely the principal’s responsibility. It is a shared responsibility among every person involved in an educational school context. The principal has the overall responsibility of leading and professionally managing the school through the school management team (SMT) and is accountable to the employer, which is the provincial Head of the Department of Education. The principal is also accountable to the community through the school governing body (SGB), which consists of elected representatives from the school community. This study was guided by these research questions: (1) What is the nature of the knowledge of the role players in the Tshwane North District schools about greening the school? (2) How do the contextual factors in the Tshwane North District schools shape the greening of the school? The SMT and SGB are key role players and gatekeepers at the school level. They were purposefully and conveniently sampled at three Tshwane North District (TND) primary schools in Gauteng Province of South Africa according to their locations (rural, township, urban). They participated in focus group interviews, observations and document analysis. The study, qualitative in nature, explored strengths, weaknesses, opportunities and threats in greening the school for sustainable development. The two role players might not be knowledgeable about green and sustainable development, however given the opportunity to explore their knowledge, provided insight about greening schools and how to possibly change to more sustainable practices. Data collected was subjected to thematic content analysis. The results revealed that schools’ funds are swiftly depleted on resources such as water, energy, transportation, paper, stationary, maintenance and equipment, to name but a few. The results also revealed limited green culture across institutions, due to little knowledge of greening and sustainability practices by school role players. This was attributed to a lack of policy framework by schools which was exacerbated by a lack of capacity building from expertise in greening schools for sustainable development.
Hierdie studie is omgewings van aard wat plaasvind binne 'n reeks nes raamwerke, naamlik skoolrolspelers, volhoubare ontwikkeling en vergroening van skole. Uit 'n Suid-Afrikaanse konteks is die dag-tot-dag-bedrywighede van die skoolaktiwiteite en -programme nie net die skoolhoof se verantwoordelikheid nie. Dit is 'n gedeelde verantwoordelikheid onder elke persoon wat in 'n opvoedkundige skoolverband betrokke is.Die skoolhoof het die oorhoofse verantwoordelikheid om die skool deur die skoolbestuurspan (SUT) te lei en professioneel te bestuur en is verantwoordbaar teenoor die werkgewer, wat die provinsiale hoof van die departement van onderwys is.Die skoolhoof is ook deur die skoolbeheerliggaam (SGB) aan die gemeenskap verantwoordbaar, wat uit verkose verteenwoordigers uit die skoolgemeenskap bestaan.Die SMT en SGB is sleutelrolspelers en hekwagters op skoolvlak.Hulle is volgens hul plekke (landelike, township, stedelike) doelgerigte en gerieflik by drie Tshwane-Noord-distrikskole (TND) in Gautengprovinsie van Suid-Afrika gemonster.Hulle het deelgeneem aan fokusgroeponderhoude, waarnemings en dokumentanalise.Die studie, kwalitatiewe van aard wat daarop gemik is om sterk punte, swakhede, geleenthede en bedreigings te ondersoek om die skool vir volhoubare ontwikkeling te verging Die twee rolspelers is dalk nie kundig oor groen en volhoubare ontwikkeling nie, maar gegewe die geleentheid om hul kennis te ondersoek, het hulle 'n insig gegee oor groen skole en moontlik verandering aan volhoubare gedrag.Data wat ingesamel is, is aan tematiese inhoudsanalise onderwerp. Die bevindinge het aan die lig gebring dat skole se fondse vinnig uitgeput is op hulpbronne soos water, energie, vervoer, papier, stilstaande, instandhouding en toerusting om maar net 'n paar te noem.Die bevindinge het ook min kennis van vergroenings- en volhoubaarheidspraktyke deur skoolrolspelers geopenbaar.Dit is toegeskryf deur 'n gebrek aan beleidsraamwerke deur skole wat vererger is deur 'n gebrek aan kapasiteitsbou van kundigheid in die vergroening van skole vir volhoubare ontwikkeling.
Thutong ena ke ea tikoloho e hlahang ka hara letoto la meralo, e leng, ba nkang karolo ea sekolo, ntshwetsopele ea nako e telele le likolo tse tala.Ho tsoa maemong a Afrika Boroa, tshebetso ea letsatsi le letsatsi ea mesebetsi ea sekolo le mananeo ha se feela boikarabello ba mosuoe-hlooho.Ke boikarabello bo arolelanoeng hara motho e mong le e mong ea amehang molemong oa sekolo sa thuto.Hlooho ea sekolo e na le boikarabello ka kakaretso ba ho etella pele le ho tsamaisa sekolo ka sehlopha sa botsamaisi ba sekolo (SMT) mme o ikarabella ho mohiri, e leng Hlooho ea profinse ea Lefapha la Thuto.Hlooho ea sekolo e boetse e ikarabella ho sechaba ka sehlopha se busang sa sekolo (SGB), se nang le baemeli ba khethiloeng ba tsoang sechabeng sa sekolo.SMT le SGB ke karolo ea bohlokoa le balebeli ba liheke boemong ba sekolo.Li ile tsa etsoa sampole ka morero le ka mokhoa o bonolo likolong tse tharo tsa mathomo tsa Tshwane North (TND) tse Profinseng ea Gauteng ea Afrika Boroa ho latela libaka tsa bona (mahaeng, metse-literopong, le toropong).Maloko a SMT le SGB ba nkile karolo lipuisanong tsa sehlopha se tsepamisitseng maikutlo, maikutlo le tlhahlobo ea litokomane.Boithuto bona, bo nang le boleng ba tlhaho bo ikemiselitse ho lekola matla, bofokoli, menyetla le litšokelo ho silafatsa sekolo bakeng sa ntshetsopele e tsitsitseng. Baetsi ba karolo ba babeli ba kanna ba se be le tsebo mabapi le ntshetsopele ea botala le bo tsitsitseng, empa ba fuoe monyetla oa ho lekola tsebo ea bona, ba fane ka leseli mabapi le likolo tse talafatsang mme mohlomong li fetohela mekhoeng e tsitsitseng.Boitsebiso bo bokelletsoeng bo ile ba hlahlojoa ka litaba tsa bona, mme liphuputso li senotse hore lichelete tsa likolo li felloa kapele ho lisebelisoa tse kang metsi, motlakase, lipalangoang, pampiri, tse emeng, tlhokomelo le lisebelisoa ho bolela tse maloa feela.Liphuputso li boetse li senotse tsebo e nyane ea tshebetso ea tikoloho le botsitso ke bankakarolo ba sekolo.Sena se bakiloe ke ho haelloa ke moralo oa leano ke likolo tse ileng tsa mpefatsoa ke khaello ea matlafatso ho tsoa boitseaning ba likolo tsa botala bakeng sa ntshetsopele e tsitsitseng
Environmental Sciences
D.Litt. Phil (Environmental education)