Tesis sobre el tema "Détection d'eau"

Cryptosporidium est un protozoaire parasite et cosmopolite responsable de nombreuses épidémies de gastro-entérites d'origine hydrique. La méthode classique de détection des oocystes de Cryptosporidium dans l'eau, basée sur un marquage immuno-fluorescent, est non spécifique de l'espèce pathogène pour l'homme C. Parvum. Nous avons développé un test permettant de quantifier précisément les C. Parvum issus d'échantillons d'eau par TaqMan PCR. L'ensemble de la méthode comporte une étape de filtration sur cartouche, une capture immuno-magnétique (IMS) suivie d'une lyse thermique des oocystes et d'une purification des ADN avant quantification par TaqMan PCR. La quantité est déduite d'une gamme étalon d'oocystes de quantité connue amplifiée en parallèle. Ce test spécifique permet une quantification rapide de moins de 5 jusqu'à 106 oocystes. Appliqué à des échantillons d'eaux, les rendements obtenus ont été de 69,7 % (± 22,3) à 84,5 % (± 9,7) pour des eaux potables et de 46,4 % (± 7,3) à 57,6 % (± 10,7) pour des eaux de Seine. Un second test TaqMan RT-PCR quantifiant les ARNr 18S a été développé dans le but de cibler les oocystes viables. L'adaptation du test à des échantillons d'eau a obtenu des rendements équivalents aux précédents. Afin de vérifier que les ARNr 18S peuvent être de bons marqueurs de viabilité, l'effet de traitements thermiques a été évalué par TaqMan RT-PCR. La stabilité observée des ARNr 18S a montré qu'ils pourraient ne pas être directement associés à la viabilité même s'ils se sont montrés moins stables que les ADNr 18S. Ces nouvelles méthodes pourront participer activement à optimiser le contrôle sanitaire de l'eau potable, l'efficacité des traitements de désinfection ou à identifier les ressources à risques
The protozoan parasite Cryptosporidium is known to occur widely in both raw and drinking water and is the cause of water-borne outbreaks of gastroenteritis throughout the world. The routinely used method for the detection of Cryptosporidium oocysts in water is based on an immunofluorescence assay which is non-specific for the human pathogenic species, C. Parvum. We have developed a TaqMan PCR test that accurately quantifies C. Parvum oocysts in water samples. The protocol consisted of the following successive steps: Envirochek® capsule filtration, immunomagnetic-separation (IMS), thermal lysis followed by DNA purification and finally real-time PCR using TaqMan technology. Quantification was accomplished by comparing the fluorescence signals obtained from test samples with those from standard dilutions of C. Parvum oocysts. This IMS-TaqMan PCR assay permits rapid and reliable quantification over six orders of magnitude, with a quantification limit of 5 oocysts. Replicate samples of spiked tap water and Seine river water samples were tested and oocyst recoveries were range respectively from 69,7 % (± 22,3) to 84,5 % (± 9,7) and from 46,4 % (± 7,3) to 57,6 % (± 10,7). We also report on a TaqMan reverse transcription-PCR method that targets and quantifies C. Parvum 18S rRNA for detecting viable oocysts in water. This test performed in water samples obtained similar recoveries. To study the suitability of 18S rRNA as an indicator of Cryptosporidium oocysts viability, the stability of 18S rRNA and rDNA was monitored by real-time RT-PCR following various heat treatments. Our results indicate that 18S rRNA detection may not be directly associated with viability following heat inactivation of oocysts even if in all the experiments 18S rRNA was less stable than rDNA. These new molecular methods offer a rapid, sensitive and specific alternative for C. Parvum oocyst quantification in water and can be useful for better health risk assessment during routine controls of drinking water quality, evaluation of treatment efficiency as well as identification of risk resources

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet “Vigires'eau” financé par l’ANR à travers le programme Concepts, Systèmes et Outils pour la Sécurité Globale (ANR-CSOSG, Projet ANR-08-SECU-013-02). Elle traite du problème épineux de la détection séquentielle d'un signal transitoire dans les systèmes à sécurité critique. Pour ces systèmes, la détection d'un changement doit s'effectuer, d’une part, avec un retard de détection inférieur à une valeur prescrite, et d’autre part, avec la probabilité de non détection minimale sous contrainte de la probabilité de fausse alarme. Les critères d'optimalité et les algorithmes présents dans la littérature ne sont pas adaptés à ce type de détection. Nous proposons donc dans cette thèse un nouveau critère d'optimalité qui vise à minimiser la pire probabilité de détection manquée sous contrainte de la pire probabilité de fausse alarme. Pour résoudre le problème de détection conformément au nouveau critère d’optimalité, nous introduisons un algorithme de détection appelé CUSUM à Fenêtre Limitée de Seuils Variables. Après avoir analysé les performances statistiques de cet algorithme, nous procédons à l’optimisation de ce dernier. L’algorithme obtenu est ensuite appliqué à un cas concret de contrôle de système à sécurité critique qui est celui de la surveillance d'un réseau de distribution d'eau potable. Cette surveillance est d'importance capitale dans le sens où toute contamination, qu'elle soit accidentelle ou intentionnelle entraînerait un problème de santé publique
This thesis is part of the project "Vigires'eau" funded by the French National Research Agency program through the Concepts, Systems and Tools for Global Security (ANRCSOSG, ANR-08-SECU-013-02). It addresses the problem of sequentially detecting a transient signal in safety-critical systems. For these systems, the detection of a change has to be made, on the one hand, with a detection delay less than a prescribed value, and on the other hand, with the minimal probability of nondetection under constraint on the probability of false alarm. The optimality criteria and algorithms found in the literature are not suitable for this kind of detection. We propose in this thesis a new optimality criterion which aims to minimize the worst probability of missed detection under constraint on the worst probability of false alarm. To solve the detection problem according to the new optimality criterion, we introduce a detection algorithm called Variable Thresholds Window Limited CUSUM. After analyzing the statistical performance of this algorithm, we proceed to the optimization of the latter. The algorithm is then applied to a concrete case which is the monitoring of a drinking water distribution system. Such monitoring is critical in the sense that any contamination, whether accidental or intentional, causes a public health problem

On assiste depuis quelques années, sous la pression de l'environnement, à un changement de perception du risque de dysfonctionnement des systèmes techniques et en particulier des réseaux d'eau potable. Le risque nul n'existe pas et il faut donc apprendre à le gérer. C'est dans ce cadre qu'émerge le besoin de détection centralisée des fuites sur les réseaux d'eau potable, les fuites qui représentent une part importante du risque de dysfonctionnement de la distribution d'eau. Ce travail de recherche propose un système de détection centralisée des fuites sur les réseaux d'eau potable à base de réseaux de neurones. On y étudie en particulier des méthodologies de construction des bases d'apprentissage et de localisation des capteurs qui permettent un passage simple de l'expérimentation à la détection en site réel. Ce travail a permis de constater que sur modèle hydraulique de réseau réel, le système de détection à base de réseau de neurones permettait d'obtenir des résultats en détection qui justifiaient d'une mise en place réelle. L'étude s'achève sur une définition des priorités d'étude pour permettre cette mise en place sur site réel (en particulier, les besoins de prévision de consommation horaire)
For few years, under the influence of the urban environment, the perception of dysfunction risk in technical systems and in particular in water supply networks has changed. The lack of risk doesn't exist and it's necessary to learn how to manage it. It's in this way that appears the need of centralized leakage detection on water supply networks, leaks that represent an important part of the dysfunction risk of water supply. This study proposes a centralized leakage detection system using a computerized neural network approach. The building method of learning bases and the sensors localization method are pointed out and developed. This study has showed that on a realistic network model results obtained with the centralized leakage detection system using a computerized neural network approach allowed experimentations on real networks. The study ends on the presentation of the working priorities for these real experimentations (and in particular the need of hourly water consumption previsions)

Une bonne gestion de l'eau est nécessaire au fonctionnement optimal d'une micropile à combustible. La caractérisation morphologique (épaisseur, distribution de taille des pores) et hydraulique (mouillabilité, perméabilité avec ou sans collecteur électronique) de la cathode poreuse, siège de la réaction de production d'eau, a été effectuée. Afin d'analyser le comportement de l'eau dans la pile, des expériences d'absorption (de neutrons et de rayons X) et de diffusion de rayons X aux petits angles ont été réalisées. La distribution de l'eau dans le volume reste difficilement détectable mais les analyses montrent que la production n'est pas homogène. La mouillabilité de la surface de la cathode a été modifiée : un dépôt hydrophobe retarde le noyage, et permet d'améliorer les performances dans la plupart des cas de fonctionnement. Un modèle d'écoulements diphasique transitoire dans la cathode poreuse, avec des conditions aux limites couplées à un modèle de croissance de gouttes a été développé et résolu à l'aide de Comsol et Matlab. Il nous a permis de faire des études de sensibilité et de montrer que les propriétés diphasiques influencent peu l'écoulement alors que l'épaisseur joue un rôle fondamental. Ce modèle reproduit les grandes tendances de fonctionnement de la pile, à savoir l'influence notable de l'intensité sur l'élévation de température ainsi que de l'influence de l'humidité relative et de la mouillabilité de surface sur le noyage.

De nos jours, on observe une préoccupation croissante suscitée par les problèmes environnementaux et ceux liés à la gestion des ressources comme l'eau et l'électricité. Dans le cadre d'une collaboration avec Veolia Eau d'Île-de-France et le syndicat des eaux d'Île-de-France, cette thèse se focalise dans un premier temps sur la classification des consommateurs d'eau ayant une dynamique d'habitudes de consommation similaire dans le temps. Dans chaque classe, cette dynamique dépend d'un nombre de facteurs exogènes. Pour modéliser cette densité jointe, nous utilisons un modèle de mélange où chaque composante est un modèle de Markov non homogène. Une fois les paramètres de ce modèle estimés, les futures habitudes de consommation dans chaque classe peuvent être prédites. Dans un second temps, le problème de la détection de changements structurels, communs à un ensemble de consommateurs est également étudié. Pour ce faire, les tests séquentiels d'hypothèses du rapport de vraisemblance sont utilisés. Ces derniers sont fondés sur des modèles de Markov non homogènes pour pouvoir modéliser le comportement dynamique des consommateurs. Un seuil adaptatif est également estimé en utilisant les simulations de type Monte Carlo. Cela permet d'adapter le seuil à différents types de changement et de réduire le taux de fausses alarmes. Les résultats de classification et de détection de changements obtenus sur une base de données réelle issue d'un réseau d'eau se sont révélés pertinents et efficaces. Finalement, une analyse de l'influence des variables exogènes en utilisant les paramètres estimés des modèles proposés permet d'enrichir les interprétations
Nowadays, we observe a growing concern raised by the environmental issues and those related to management of the resources as electricity and water. As part of a collaborative project with Veolia Eau d'Île-de-France and le syndicat des eaux d'Île-de-France, this PhD research addresses initially the clustering of water consumers based on their consumption behavior dynamics over time. These dynamics, in each cluster, depend on a number of exogenous factors. To model this joint density, non-homogeneous Markov models are investigated as the components of a mixture model. Hence, the estimation of the parameters in each cluster allows to predict the future consumption behaviors independently. Afterwards, the problem of online structural change detection in a set of consumption behavior sequences is addressed. To this end, a sequential hypothesis testing of generalized likelihood ratio, based on a non-homogeneous Markov model is proposed. An adaptive threshold is also used which can be adjusted throughout the various types of changes and may reduce the number of false alarms. The results on a real dataset which is issued from a water network allow to highlight the effectiveness of the proposed methods both in terms of clustering and change detection. Finally, the analysis of the estimated parameters of both models allows to study the influence of exogenous factors on clustering and detected changes

Avec une population toujours croissante et la pénurie de plus en plus importante des ressources en eau douce, l’humanité s’est tournée vers les océans pour ses besoins en eau potable. Afin de faire face aux limites des procédés conventionnels de dessalement d’eau de mer, la distillation membranaire (DM) connaît un intérêt croissant. Même si l’intérêt envers la DM pour le dessalement d’eau de mer est apparu au cours des dernières décennies, aujourd’hui le risque de mouillage des membranes est l’un des obstacles majeurs à son développement industriel. Dans le cadre du projet ANR « WETMEM», l’objectif de cette thèse est de développer des outils de compréhension des mécanismes de mouillage en distillation membranaire sous vide. Plusieurs membranes, fabriquées par des partenaires du projet WETMEM, et commerciales ont été étudiées afin de comprendre l’influence des propriétés des membranes sur les indicateurs de mouillabilité. De plus, une définition et une classification des mécanismes de mouillage ont été proposées. Par la suite, deux indicateurs de mouillage ont été développés à l'aide de la microscopie électronique à balayage et de la spectroscopie de dispersion de rayons X selon une méthode appelée « Détection d'intrusion de traceur dissous ». Une preuve de concept a été fournie, dans laquelle différents mécanismes de mouillage ont pu être visualisés et interprétés. Ces indicateurs ex situ ont alors été utilisés avec des indicateurs de mouillabilité (Angle de contact, Pression d’intrusion de liquide) afin de comprendre l’influence de la température (35-50 ° C), de la salinité (22-310 g / L de NaCl sol.) et du débit (400 - 4000 Re) sur le mouillage et la mouillabilité d'une membrane de PVDF en distillation membranaire sous vide. Il a alors été constaté que la salinité a l’impact le plus important sur le mouillage par rapport aux autres paramètres de fonctionnement. En outre, un outil optique in-situ non invasif a été développé. Il permet de visualiser le mouillage in-situ en distillation membranaire. La progression du mouillage in situ a été observée à différentes échelles et pour différentes solutions salines et eaux de mer
With an ever-increasing population and the growing disparity in potable water resource, humanity has turned its attention to the oceans for its potable water needs. To overcome the current limitations in current desalination technologies, membrane distillation (MD) is actively being developed. The interest of MD for seawater desalination was established in the last decades but today the risk of membrane wetting is one of the major barrier for industrial implementation of MD. Under the framework of the ANR project “WETMEM”, the issue of this thesis was to develop tools for better understanding wetting mechanisms in vacuum membrane distillation. Several fabricated (WETMEM partners) and commercial membranes were studied to understand the influences of membrane properties on wettability. Therefore, a definition and classification on wetting were formulated. After that two wetting indicators were developed using scanning electron microscopy and X-ray dispersion spectroscopy under a method called “Detection of Dissolved Tracer Intrusion”. A proof of concept was provided with various wetting mechanisms visualized and interpreted. These ex-situ indicators were used with wettability tools (Contact Angle, Liquid Entry Pressure) to understand the influence of temperature (35-50°C), salinity (22-310 g/L NaCl sol.) and flow rate (400 – 4000 Re) on wetting and wettability of a PVDF membrane under vacuum membrane distillation. Indeed, it was found that salinity has a greater impact on wetting than the other operating parameters. Additionally, a proof of concept was provided for non-invasive in-situ optical method for visualizing wetting in membrane distillation. Progression of in-situ wetting visualization was validated at different scales for various saline solutions and seawaters

Le changement climatique est une réalité largement reconnue aujourd'hui dans la communauté scientifique. Néanmoins, son impact sur les extrêmes hydrologiques est délicat à observer et à prévoir. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments de réponse aux trois questions suivantes: Comment détecter des changements dans les séries hydro-climatiques ? Quelles sont les évolutions observées sur les régimes extrêmes des cours d'eau en France métropolitaine? Comment prendre en compte ces éventuels changements dans les méthodes de gestion des risques? Chacun de ces trois objectifs sera traité à l'échelle locale et à l'échelle régionale. A cet effet, un travail méthodologique a été effectué, en évaluant l'apport de méthodes statistiques comme l'analyse Bayésienne ou la modélisation de la dépendance spatiale via des copules
Climate change is widely considered as a reality by scientists. Nevertheless, impacts on hydrological extremes are more difficult to observe and to predict. The aim of this thesis is to answer the following questions: How to detect changes in hydro-climatic series? What are the observed changes for extreme discharges in France? How to take into account possible changes in frequency analysis? These objectives refer to both the local and the regional scales. For this purpose, methodological aspects have been explored, by evaluating the benefit ofusing statistical tools like the Bayesian analysis or the use of copulas as a model for spatial dependence

Résumé : Au Québec, les ouvrages hydrauliques représentent une source indéniable pour la production d’énergie et la gestion hydraulique, et par conséquent un moteur nécessaire pour le développement socioéconomique. De ce fait, une conception adéquate et des inspections continues sont nécessaires pour assurer la stabilité et la sécurité de ces ouvrages. Ainsi, les anomalies dans les barrages doivent être localisées dans le plus court délai. L’érosion interne est la cause principale de la rupture des ouvrages en remblai. En conséquence, l’infiltration de l’eau dans les barrages, qui engendre le phénomène d’érosion interhe, doit être détectée. Quelques méthodes non destructives ont été développées pour ausculter ces ouvrages et déterminer le niveau piézométrique dans les ouvrages en remblai. Dans le cadre de ce projet, la méthode de la polarisation spontanée a été adoptée. Cette méthode consiste à mesurer de façon passive un champ électrique généré à la surface des particules du sol par électrofiltration. Le phénomène d’électrofiltration est défini par la circulation hydrique dans la matrice poreuse d ’un matériau qui engendre un champ électrique mesurable à la surface du sol. Des essais au laboratoire de l’Université de Sherbrooke ont été réalisés pour déterminer l’effet de la circulation de l’eau sur les propriétés électriques de différents matériaux. Un dispositif d’essai a été développé et utilisé pour les essais et le modèle théorique est celui de Helmholtz-Smoluchowski. Durant les essais, l’influence de la charge hydraulique, de la température et de la granulométrie sur les propriétés électriques des matériaux ont été vérifiées. Les expériences ont pour objectif primaire de déterminer le rapport entre le coefficient de couplage et le potentiel zêta en utilisant la méthode de la polarisation spontanée. Les résultats expérimentaux obtenus ont été comparés avec des valeurs tirées de la littérature pour tester le modèle et le protocole utilisés. Étant donné que les données expérimentales correspondent avec les valeurs acceptées dans la communauté scientifique, le modèle expérimental adopté peut être considéré fiable. Ce projet est un préalable pour une recherche future qui permettra de développer un algorithme d’inversion pour déterminer et localiser les anomalies dans les ouvrages en remblai. Les études expérimentales ont démontrées que la charge hydraulique a eu un effet considérable sur les propriétés électriques des différents matériaux. Le coefficient de couplage et le potentiel zêta varie proportionnellement avec la charge hydraulique. De plus, les propriétés électriques ont subi une variation en fonction de la température du fluide. Enfin, le coefficient de couplage et le potentiel zêta des différents matériaux ont subi des variations proportionnelles à l’uniformité de chacun des matériaux. Pour un matériau plus uniforme, le coefficient de couplage est plus faible et le potentiel zêta est plus élevé. // Abstract : In Quebec, hydraulic represents an undeniable source for energy production and therefore needed an engine for economie development. Therefore, proper design and ongoing inspections are necessary to ensure the stability and safety of these structures. Thus, abnormaiities in embankment dams should be located in the shortest time. The internai erosion is the main cause of the failure of embankment dams. Consequently, the infiltration of water in dams, which generates the internai erosion, should be detected. Several non-destructive methods have been developed to auscultate these structures and determine the groundwater level in the embankment works. In this project, the self-potential (SP) method was adopted. This method consists in measuring a passive electric field at the surface of the soil. The phenomenon is defined by the electrofiltration circulation water into the porous matrix of a material which generates a measurable electric current to the ground surface. Laboratory tests at the Université de Sherbrooke were performed to determine the effect of water flow on the electrical properties for different materials. Plexiglas pipe was used for testing and the theoretical model is the Helmholtz-Smoluchowski. During the tests, the influence of hydraulic loading and temperature on the electrical properties of the materials has been checked. The experiments aim at determining the primary relationship between the coupling coefficient and zeta potential using the self-potential (SP) method. The experimental results were compared with values from the literature to confirm the model and protocol used. Thus since that the experimental data are consequent with those theoretical, experimental model adopted can be considered as reliable. This project is a prerequisite for future research that will develop an inversion algorithm to identify and locate anomalies in the embankment dams. Experimental studies have demonstrated that the hydraulic load had a significant effect on the electrical properties of different materials. The coupling coefficient and the zeta potential vary proportionally to the hydraulic load. In addition, the electrical properties underwent change depending on the fluid temperature. Finally, the coupling coefficient and zeta potential of different materials have fluctuated proportionally to the uniformity of each material. For a more uniform material, the coupling coefficient is lower and the zeta potential is higher.

L’objectif principal de cette thèse est de proposer une analyse des spécificités de la transduction microonde dans le cadre d’une application capteur d’ammoniac. Les deux spécificités principales sont la caractérisation large bande (1 et 8 GHz) et les matériaux sensibles (diélectriques). Cette méthode de transduction repose sur l’interaction entre un gaz polluant et un matériau sensible déposé à la surface d’une structure propagative spécifique aux microondes. La réponse du capteur n’est pas directement induite par les propriétés diélectriques de la molécule gazeuse, mais plutôt par celles de l’espèce cible adsorbée à la surface du matériau sensible. Cette adsorption provoque une modification des paramètres du capteur mesurés par un analyseur de réseau vectoriel. Contrairement à des transductions conventionnelles comme la conductimétrie, ce principe fonctionne à température ambiante avec tout type de matériau, y compris les isolants électriques.Les premiers travaux réalisés durant cette thèse ont conduit au développement d’un nouveau banc expérimental. Il est spécifiquement adapté à l’étude de capteurs microondes par mesures des coefficients de réflexion et de transmission. Ce développement comprend la conception de deux nouvelles générations de capteurs, recouverts d’oxydes métalliques (fer ou titane) commerciaux ou synthétisés dans le cadre de l’étude. Le premier capteur comporte des circuits interdigités tandis que le second est un résonateur trapézoïdal. Ce dernier est caractérisé par une série de fréquences d’intérêt distribuées régulièrement entre 1 et 8 GHz. L’association d’un spectromètre de masse au banc de mesure a permis de suivre les adsorptions/désorptions de l’espèce cible qui est l’ammoniac (10-100 ppm), mais également le comportement du gaz vecteur utilisé, l’argon, et de l’eau adsorbée initialement sur le matériau sensible ou volontairement ajoutée en cours de l’expérience. L’objectif est d’étudier le rôle de l’eau comme interférent vis-à-vis de la détection de l’ammoniac. Une troisième molécule d’intérêt, l’éthanol, a été également été utilisée durant les expériences afin d’estimer de potentielles différences de comportement entre les molécules détectées. Les résultats expérimentaux ont été exploités au moyen de protocoles de traitement de données spécifiquement établis durant cette thèse. Des traitements temporels ont été conduits afin d’étudier le comportement cinétique du capteur, tandis que des traitements spectraux ont permis d’appréhender l’aspect large bande de la réponse du capteur en présence de polluants.Le premier résultat majeur est l’augmentation significative de la sensibilité à l’ammoniac, qui a permis d’abaisser le seuil de détection à des concentrations d’ammoniac de l’ordre de 10 ppm. Le dioxyde de titane a été identifié comme un bon candidat pour la détection d’ammoniac, avec des variations de coefficient de réflexion allant jusqu’à 6 dB pour 300 ppm d’ammoniac. Le rôle de l’eau initialement adsorbée sur le matériau sensible a été élucidé, montrant que son influence n’est significative que lors des premières minutes des expérimentations. Ainsi, il est possible de détecter l’ammoniac en présence d’humidité. Les processus liés aux expositions aux flux gazeux et particulièrement au gaz vecteur ont été identifiés et ont confirmé que la réponse du capteur était uniquement due à son interaction avec les molécules cibles. Un autre résultat majeur est la définition des conditions opératoires nécessaires à l’établissement de la sélectivité. Notre analyse théorique a clairement démontré l’intérêt des mesures large bande en termes de discrimination de molécules cibles. Cette analyse a été testée dans le cadre d’expériences multicibles utilisant l’ammoniac, l’eau et l’éthanol. Ces observations ont permis d’établir un cahier des charges d’une nouvelle génération de capteurs microondes, garantissant une discrimination systématique entre ces trois molécules
The main objective of this thesis is to propose an analysis of the microwave transduction specificities in the framework of ammonia sensing applications. The two main features of this transduction are its broadband characterization (1 to 8 GHz) as well as its sensitive materials (dielectrics). This transduction method is based on the interaction between a polluting gas and a sensitive material deposited on the surface of a microwave-specific propagating structure. The response of the sensor is not directly induced by the dielectric properties of the gaseous target molecule, but rather by those of the target species adsorbed on the surface of the sensitive material. This adsorption causes a modification of the sensor parameters measured by a vector network analyzer. Unlike more conventional transducers such as conductimetry, this principle works at room temperature with any type of material, including electrical insulators.The first work carried out during this thesis led to the development of a new experimental bench adapted specifically for the study of microwave gas sensors by measuring the S-parameters in reflection and transmission modes. This development includes the design of two new generations of sensors, coated with metal oxides (iron or titanium oxides) commercially available or synthesized during the study. The first sensor comprises interdigital circuits while the second sensor is a trapezoidal resonator. The latter is characterized by a series of frequencies of interest regularly distributed between 1 and 8 GHz. The association of a mass spectrometer with the measurement bench allowed to follow the adsorption and desorption behavior of the target species which is ammonia (10-100 ppm), but also the behavior of the vector gas conventionally used, argon, and water initially adsorbed on the sensitive material or intentionally added during the experiment. The objective is to study the role of water as interfering with the detection of ammonia, the main target species. A third molecule of interest, ethanol, was also used during the experiments in order to estimate the possible differences in the detected molecules behaviors. The experimental results were exploited using specific data processing protocols established during this thesis. Temporal treatments were carried out to study the kinetic behavior of the sensor, while spectral treatments allowed to apprehend the broadband aspect of the sensor response in the presence of pollutants.The first major result is the significant increase in sensitivity to ammonia, which significantly lowered the detection threshold to ammonia concentrations in the 10 ppm range. Titanium dioxide has been identified as a good candidate for ammonia detection, with reflection coefficient variations up to 6 dB for 300 ppm. The role of the water initially adsorbed on the sensitive material has been elucidated, showing that its influence is significant only during the first few minutes of the experiments. Thus, it is possible to detect ammonia in the presence of residual moisture. The processes induced by the gaseous exposures and particularly by the carrier gas were identified, and confirmed that the sensor response was solely due to its interaction with the target molecules. Another major result is the definition of the operating conditions that are necessary for the establishment of the selectivity. Our theoretical analysis clearly demonstrated the interest of broadband measurements in terms of discrimination of target molecules. This analysis has been tested in multitarget experiments using ammonia, water and ethanol. These observations allowed to establish the specifications of a new generation of microwave sensors, guaranteeing systematic discrimination between these three molecules

Le développement des systèmes de supervision permet d'obtenir une image de plus en plus précise de l'état de fonctionnement d'un processus en fournissant une quantité importante d'informations. En contrepartie, cette masse d'informations rend la surveillance plus complexe. Il s'avère alors indispensable de rendre les procédures de surveillance automatiques. Ces procédures doivent être capables d'appréhender les dysfonctionnements du processus mais également les défaillances du système d'instrumentation de manière à éliminer les mesures erronées, avant que leurs effets ne soient néfastes. Dans le premier chapitre de ce mémoire les concepts fondamentaux et les principales approches du diagnostic sont présentés afin de définir le cadre général de nos travaux. Dans le second chapitre, le problème de la localisation de défauts à base de redondance analytique est abordé. À partir de l'analyse des avantages et inconvénients de méthodes classiques, des améliorations et des nouvelles méthodes, utilisant par exemple des concepts flous ou encore l'arithmétique des intervalles, sont proposées. Le troisième chapitre est consacré au placement de capteurs en vue de la surveillance. Tout d'abord différents critères de performance d'un système d'instrumentation sont définis. Certains de ces critères sont utilisés par la suite pour l'élaboration d'une méthode originale de placement de capteurs. Cette méthode à pour objet de définir l'instrumentation la moins couteuse répondant à un cahier des charges décrivant les performances à atteindre pour la surveillance. Une application réalisée dans le cadre d'une collaboration avec la communauté urbaine du grand Nancy fait l'objet du quatrième chapitre. Cette application concerne la surveillance du réseau de distribution d'eau potable de l'agglomération nancéienne. Nous avons élaboré pour ce réseau d'eau une procédure de surveillance à base de redondance analytique, que nous avons exploité pour développer un logiciel d'aide à la surveillance.

Avec le vieillissement de la population, le diagnostic et le traitement des démences telle que la maladie d'Alzheimer constituent des enjeux sociaux de grande importance. Le suivi des activités de la vie quotidienne du patient représente un point clé dans le diagnostic des démences. Dans ce contexte, le projet IMMED propose une utilisation innovante de la caméra portée pour le suivi à distance des activités effectuées. Nous avons ainsi travaillé sur la reconnaissance de sons produits par l'eau, qui permet d'inférer sur un certain nombre d'activités d'intérêt pour les médecins, dont les activités liées à l'alimentation, à l'entretien, ou à l'hygiène. Si divers travaux ont déjà été effectués sur la reconnaissance des sons d'eau, ils sont difficilement adaptables aux enregistrements de la vie quotidienne, caractérisés par un recouvrement important de différentes sources sonores. Nous plaçons donc ce travail dans le cadre de l'analyse computationnelle de scènes sonores, qui pose depuis plusieurs années les bases théoriques de la reconnaissance de sources dans un mélange sonore. Nous présentons dans cette thèse un système basé sur un nouveau descripteur audio, appelé couverture spectrale, qui permet de reconnaître les flux d'eau dans des signaux sonores issus d'environnements bruités. Des expériences effectuées sur plus de 7 heures de vidéo valident notre approche et permettent d'intégrer ce système au sein du projet IMMED. Une étape complémentaire de classification permet d'améliorer notablement les résultats. Néanmoins, nos systèmes sont limités par une certaine difficulté à caractériser, et donc à reconnaître, les sons d'eau. Nous avons élargi notre analyse aux études acoustiques qui décrivent l'origine des sons d'eau. Selon ces analyses, les sons d'eau proviennent principalement de la vibration de bulles d'air dans l'eau. Les études théoriques et l'analyse de signaux réels ont permis de mettre au point une nouvelle approche de reconnaissance, fondée sur la détection fréquentielle de bulles d'air en vibration. Ce système permet de détecter des sons de liquide variés, mais se trouve limité par des flux d'eau trop complexes et bruités. Au final, ce nouveau système, basé sur la vibration de bulles d'air, est complémentaire avec le système de reconnaissance de flux d'eau, mais ne peux s'y substituer. Pour comparer ce résultat avec le fonctionnement de l'écoute humaine, nous avons effectué une étude perceptive. Dans une expérience de catégorisation libre, effectuée sur un ensemble important de sons de liquide du quotidien, les participants sont amenés à effectuer des groupes de sons en fonction de leur similarité causale. Les analyses des résultats nous permettent d'identifier des catégories de sons produits par les liquides, qui mettent en évidence l'utilisation de différentes stratégies cognitives dans l'identification les sons d'eau et de liquide. Une expérience finale effectuée sur les catégories obtenues souligne l'aspect nécessaire et suffisant de nos systèmes sur un corpus varié de sons d'eau du quotidien. Nos deux approches semblent donc pertinentes pour caractériser et reconnaître un ensemble important de sons produits par l'eau
The analysis of instrumental activities of daily life is an important tool in the early diagnosis of dementia such as Alzheimer. The IMMED project investigates tele-monitoring technologies to support doctors in the diagnostic and follow-up of the illnesses. The project aims to automatically produce indexes to facilitate the doctor’s navigation throughout the individual video recordings. Water sound recognition is very useful to identify everyday activities (e. G. Hygiene, household, cooking, etc. ). Classical methods of sound recognition, based on learning techniques, are ineffective in the context of the IMMED corpus, where data are very heterogeneous. Computational auditory scene analysis provides a theoretical framework for audio event detection in everyday life recordings. We review applications of single or multiple audio event detection in real life. We propose a new system of water flow recognition, based on a new feature called spectral cover. Our system obtains good results on more than seven hours of videos, and thus is integrated to the IMMED framework. A second stage improves the system precision using Gammatone Cepstral Coefficients and Support Vector Machines. However, a perceptive study shows the difficulty to characterize water sounds by a unique definition. To detect other water sounds than water flow, we used material provide by acoustics studies. A liquid sound comes mainly from harmonic vibrations resulting from the entrainment of air bubbles. We depicted an original system to recognize water sounds as group of air bubble sounds. This new system is able to detect a wide variety of water sounds, but cannot replace our water flow detection system. Our two systems seem complementary to provide a robust recognition of different water sounds of daily living. A perceptive study aims to compare our two approaches with human perception. A free categorization task has been set up on various excerpts of liquid sounds. The framework of this experiment encourages causal similarity. Results show several classes of liquids sounds, which may reflect the cognitive categories. In a final experiment performed on these categories, most of the sounds are detected by one of our two systems. This result emphasizes the necessary and sufficient aspect of our two approaches, which seem relevant to characterize and identify a large set of sounds produced by the water

Le suivi des processus industriels, le controle des teneurs en gaz a caractere polluant dans l'atmosphere et l'etude des reactions chimiques requierent des instruments capables de detecter de tres faibles teneurs. La spectrometrie d'absorption infrarouge a diode laser apporte une solution a ce probleme en permettant des sensibilites importantes et des temps de reponse de l'ordre de la minute. Ce memoire presente l'etude et la realisation d'un tel spectrometre pour la detection de faibles teneurs en vapeur d'eau. Celui-ci se caracterise par une source laser a semiconducteur du type ingaasp ayant une longueur d'onde d'emission egale a 1,37 micrometre, par l'utilisation d'une cellule multipassage du type herriot ayant une longueur totale de passage d'une vingtaine de metres, enfin par un faible encombrement. Le signal d'absorption est obtenu par un balayage rapide en longueur d'onde, realise en modulant le courant de diode. Une double voie, mesure et reference, permet de s'affranchir de la vapeur d'eau residuelle dans la tete de detection. Le faible signal d'absorption est converti apres amplification en un signal numerique puis moyenne sur plusieurs passages dans le but d'ameliorer le rapport signal sur bruit. Le mode principal de la diode est centre sur la bande d'absorption situee a 1,4 micrometre correspondant a une transition vibrationnelle harmonique. Avec un tel dispositif nous avons montre qu'il etait possible de detecter des concentrations de vapeur d'eau de l'ordre de 100 ppb, avec un signal sur bruit de 10. La sensibilite est essentiellement limitee par des interferences parasites et par l'utilisation d'une diode multimodes. L'emploi d'une source laser monomode (diode dfr ou diode a cavite externe) devrait permettre la mesure de teneur en h#2o inferieures a 10 ppb. Cette technique peut etre etendue a la detection de petites molecules possedant des liaisons x-h (x=c, n, o. . . )

La compréhension de l'irradiation à l'échelle du nanomètre dans les systèmes biomoléculaires nécessite l'observation de caractéristiques nouvelles auxquelles les développements techniques actuels nous permettent d'accéder. Ce travail se situe au coeur de la construction du nouveau dispositif DIAM Dispositif d'Irradiation d'Agrégats de Molécules biologiques développé à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon. Le développement d'une source d'agrégats associée à un spectromètre de masse à double focalisation a permis l'obtention des premiers faisceaux d'agrégats moléculaires protonés sélectionnés en masse. De plus, un système de détection innovant a été développé et validé dans des expériences de dissociations d'agrégats d'eau protonés par collision sur un gaz. Les résultats obtenus contribuent à la connaissance de la stabilité et de la structure des petits agrégats d'eau protonés et des agrégats mixtes d'eau et de pyridine protonés

Cette thèse porte sur la détection de rupture dans les processus causaux avec application aux débits du bassin versant de la Sanaga. Nous considérons une classe semi-paramétrique de modèles causaux contenant des processus classique tel que l'AR, ARCH, TARCH. Le chapitre 1 est une synthèse des travaux. Il présente le modèle avec des exemples et donne les principaux résultats obtenus aux chapitres 2, 3,4. Le chapitre 2 porte sur la détection off-line de ruptures multiples en utilisant un critère de vraisemblance pénalisée. Le nombre de rupture, les instants de rupture et les paramètres du modèle sur chaque segment sont inconnus. Ils sont estimés par maximisation d'un contraste construit à partir des quasi-vraisemblances et pénalisées par le nombre de ruptures. Nous donnons les choix possibles du paramètre de pénalité et montrons que les estimateurs des paramètres du modèle sont consistants avec des vitesses optimales. Pour des applications pratiques, un estimateur adaptatif du paramètre de pénalité basé sur l'heuristique de la pente est proposé. La programmation dynamique est utilisée pour réduire le coût numérique des opérations, celui-ci est désormais de l'ordre de $\mathcal{O}(n^2)$. Des comparaisons faites avec des résultats existants montrent que notre procédure est plus stable et plus robuste. Le chapitre 3 porte toujours sur la détection off-line de ruptures multiples, mais cette fois en utilisant une procédure de test. Nous avons construit une nouvelle procédure qui, combinée avec un algorithme de type ICSS (Itereted Cumulative Sums of Squares) permet de détecter des ruptures multiples dans des processus causaux. Le test est consistant en puissance et la comparaison avec des procédures existantes montre qu'il est plus puissant. Le chapitre 4 étudie la détection des ruptures on-line dans la classe de modèle considéré aux chapitres 2 et 3. Une procédure basée sur la quasi-vraisemblance des observations a été développée. La procédure est consistante en puissance et le délai de détection est meilleur que celui des procédures existantes. Le chapitre 5 est consacré aux applications aux débits du bassin versant de la Sanaga, les procédures décrites aux chapitres 2 et 3 ont été utilisées en appliquant un modèle ARMA sur les données désaisonnalisées et standardisées. Ces deux procédures ont détecté des ruptures qui sont "proches".

Cette étude porte sur l'impact des fuites de CO2 provenant d'un réservoir géologique de stockage de CO2 sur un aquifère d'eau douce. Elle se distingue des autres études, réalisées sur le même thème, par la recherche et l'application, depuis l'échelle du laboratoire jusqu'à celle d'un site pilote, de nouveaux outils de monitoring et d'approche isotopique destinés à la détection précoce de fuite de CO2. Afin de tester ces outils, des échantillons solides et liquides provenant de l'aquifèrestratégique de l'Albien du Bassin de Paris ont été prélevés, analysés et utilisés pour une étude expérimentale en batch. Cette expérience permet de contraindre et de comprendre précisément les interactions eau-roche-CO2 et les réponses isotopiques. Une application grandeur nature en Norvège a permis de mettre en place ce programme isotopique et de suivre l'évolution de la composition isotopique en distinguant les processus et phénomènes naturels et les processus reliés à l'injection de CO2. Ces deux cas d'étude appliqués au contexte de détection de fuite de CO2 ont permis de choisir les outils isotopiques les meilleurs comme indicateurs indirects de la présence de CO2, dans le cas particulier des systèmes étudiés. L'efficience de ces outils isotopiques réside dans l'enregistrement de la trace laissée par la présence de CO2 au cours d'interactions eau/roche/CO2. L'utilisation de tels outils nécessite une méthodologie rigoureuse abordée dans ce manuscrit et nécessite d'être adaptée aux spécificités des sites envisagés.

Le projet Cigéo, mené par l’ANDRA, vise à permettre à l’horizon 2030 le stockage géologique des déchets les plus radioactifs du parc nucléaire français. Ces déchets, qui seraient placés dans des alvéoles souterraines de plusieurs centaines de mètres, sont susceptibles de relâcher de l’hydrogène gazeux (H2), un gaz inflammable dans l’air lorsque sa concentration dépasse 4%. Pour la sécurité des installations, il est indispensable de s’assurer que la concentration de H2 dans les alvéoles de stockage reste inférieure à sa limite de dangerosité. L’objectif de cette thèse, menée à l’ONERA, est de concevoir et réaliser un Lidar permettant de profiler à distance la concentration de H2 (0-4%), sur plusieurs centaines de mètres, avec une forte résolution spatiale (< 3 m), et de proposer ainsi un moyen non intrusif de détection et de prévention du risque lié à l’hydrogène. Le principe retenu est celui d’un Lidar Raman vibrationnel dans le domaine ultra-violet (355 – 420 nm). Pour sa conception, nous avons pris en compte les conditions particulières prévues dans les alvéoles de stockage. Une chaine de détection très sensible à comptage de photons a été choisie et mise en oeuvre, basée sur des détecteurs SiPM (Silicium Photomultiplier). La nécessité d’employer une voie de mesure de la vapeur d’eau, simultanément à l’hydrogène, a été mise en évidence et est liée au recouvrement partiel des spectres de diffusion Raman de H2 et H2O. Un analyseur spectral à trois voies de mesure (H2, H2O, et N2 utilisé comme référence) a été conçu et mis en place. Une méthode de traitement de signal en temps réel a enfin été réalisée pour visualiser les profils de concentrations de H2 et H2O. L’ensemble du système lidar a pu être testé dans une scène de portée réduite (100 m) permettant des relâchements d’hydrogène. Des mesures simultanées de profils de vapeur d’eau naturelle et de dihydrogène (0-2%) ont pu être démontrées avec succès à 85 m, avec une résolution spatiale et temporelle de 1 mètre et 1 minute respectivement, pour une détectivité de 600 ppm
The CIGEO project, led by the ANDRA agency, aims at enabling future deep geological disposal of french nuclear waste packages. Those packages could be stored in hundred-meters long underground galleries, and may release hydrogen gas (H2), which is explosive at concentrations above 4% in the air. For safety concerns, it is important to ensure that H2 concentration remains well below the lower explosive limit. The objective of this thesis work, conducted at the ONERA agency, is to design and build a lidar which enable high-resolution (3 m) remote profiling of H2 concentration (0-4%) over hundreds of meters. Such a lidar could perform nonintrusive H2 detection and then prevent H2-related explosion risks. This lidar measures vibrational Raman scattering in the UV domain (355 – 420 nm). Its design takes into account the specific conditions expected in storage galleries. A highspeed and sensitive detection stage has been chosen, based on SiPM (Silicium Photomultiplier) technology in photon counting mode. Due to a spectral overlap between molecular hydrogen and water vapor Raman spectra, the need of a H2O measurement channel has been demonstrated. A three-channel spectral analyzer (H2, H2O and N2 used as reference) has been designed and implemented. Signal processing in real time has been developed to display H2 and H2O concentration profiles. This lidar has been tested in a reduced range scene (100 m) enabling hydrogen gas releases. Simultaneous measurements of concentration profiles of natural water vapor and hydrogen gas (0-2%) have been performed at 85 m with 1-meter and 1-minute resolution and a 600 ppm detectivity

L’utilisation des plantes aquatiques comme indicateurs de la qualité des eaux de rivière a débuté dès le XXème siècle. Parmi les macrophytes utilisés, le myriophylle à fleurs alternes, Myriophyllum alterniflorum a démontré dans plusieurs études sa capacité bioaccumulatrice des métaux et son intérêt en tant que bioindicatrice de qualité de l’eau. L’objectif de cette étude est d’identifier chez cette espèce des biomarqueurs sensibles pour la détection précoce de pollution d’une rivière par un métal, le cuivre et un métalloïde, l’arsenic. Pour atteindre cet objectif, un milieu synthétique dont la composition est représentative de la qualité des eaux de la rivière Vienne, a été préparé (milieu Vienne). Une fois les conditions opératoires maîtrisées, le développement du macrophyte est suivi dans trois milieux : un milieu témoin, un milieu contaminé en cuivre et un autre en arsenic avec des concentrations d’exposition au polluant de 100 µg/L pendant 21 jours. Durant cette période, des biomarqueurs physiologiques (activités respiratoires et photosynthétiques, potentiel osmotique), biochimiques (les concentrations en chlorophylle a, b et en caroténoïdes, les teneurs en malondialdéhyde, les phytochélatines) ont été analysés. Ces suivis ont été réalisés en système fermé dans des boites de culture de 400mL in vitro en tenant compte de la trophie du milieu (condition eutrophe et oligotrophe), puis en système recirculé dans des aquariums de 150 L, toujours dans le milieu Vienne, mais cette fois en se plaçant dans différentes conditions hydrodynamiques (zones turbulente, laminaire à une vitesse de 3 cm/s et calme)
Alternate watermilfoil, Myriophyllum alterniflorum is an aquatic macrophyte presented in the rivers of the Limousin region in France whose potential for bioindication of metal pollution has been demonstrated. The objective of this study is to identify in this species sensitive biomarkers for the early detection of pollution in a river by a metal copper, and a metalloid, arsenic. To achieve this goal, a synthetic medium whose composition is representative of the water quality of the river Vienne, was prepared (Vienne medium). The composition of the medium studied is verified by ICP-MS and ion chromatography (IC). The development of the macrophyte was followed in a control medium, a copper contaminated medium and another contaminated with arsenic at a concentration of 100 µg/L for 21 days. During this period, the respiratory and photosynthetic activities of Myriophyllum alterniflorum, the concentrations of chlorophyll a, b and carotenoids, levels of malondialdehyde, osmotic potential, and phytochelatins were recorded. This monitoring has been made in a closed system (400mL culture boxes) taking into account the trophy of the medium (eutrophic and oligotrophic conditions), and then in a recirculating system (aquariums of 150 L) taking into account the hydrodynamic conditions (turbulent, laminar and quiet areas)

Cette thèse décrit un nouveau système de détection biologique des pollutions des eaux de surface, qui exploite en temps réel des signaux électriques engendrés par un poisson tropical d'eau douce, Apteronotus albifrons (Gymnotiformes). Ce travail s'est articulé autour de quatre grands axes. La première partie est un bilan des connaissances actuelles dans le domaine des biodetecteurs et des biocapteurs. Il montre la multiplicité des systèmes, dont la diversité s'exprime aussi bien du point de vue de l'espèce utilisée que du principe développé. La seconde partie décrit le nouveau procédé de bio détection. Son principe est fondé sur une caractérisation temporelle du signal électrique d'A. Albifrons, en termes de fréquence et de forme. Ces deux caractéristiques électriques, naturellement stables dans le temps, sont affectées par un environnement toxique. La troisième partie traite de l'influence de plusieurs paramètres physico-chimiques (température, pH, conductivité et oxygène dissous) sur les caractéristiques des signaux bioélectriques. Elle révèle que la fréquence de décharge des poissons est une grandeur fortement dépendante de la température de l'eau. Dans une moindre mesure, cette caractéristique électrique est aussi fonction du pH et de la concentration en oxygène dissous. En revanche, aucune influence des paramètres physico-chimiques sur la forme du signal n'a été mise en évidence. La dernière partie dresse le profil de sensibilité toxicologique d'A. Albifrons vis-à-vis de six polluants. Ce nouveau procédé permet la détection en moins de 35 minutes de : 35 [micro]g. L-1 de cyanure, 1 mg. L-1 de phénol, 500 [micro]g. L-1 d'atrazine, 1 mg. L-1 de trichloréthylène, 2,7 mg. L-1 de chrome (VI) et une gamme de 1,9 a 18,4 mg. L-1 de gazole. Des problèmes concernant la fiabilité et la crédibilité des informations collectées ainsi que la variabilité des réponses exploitées sont aussi considérés. Enfin, des hypothèses sont proposées pour expliquer les modes d'action toxiques sur la capacité électrogène d'A. Albifrons.

L'étude des performances de modules d'osmose inverse spiralés FT30-4040 intégrés au procédé de traitement d'eau pour dialyse rénale des Hôpitaux de Colmar met en évidence la difficulté de caractériser l'état des membranes. Des expériences de traçage ont donc été réalisées sur ces modules. L'injection de traceur (solutions de NaCl, HCl et NaOH) étant réalisée en amont de la pompe multiétagée, la réponse impulsionnelle du pack membranaire s'obtient par déconvolution grâce au filtre de Kalman du signal expérimental par la fonction d'appareillage mesurée en court-circuitant le pack membranaire. Les premières expériences sont réalisées à faible pression pour éviter la perméation. Les distributions obtenues sont monodisperses et présentent des traînes. La modélisation en série de mélangeurs parfaits avec échange met en évidence l'existence des excursions du traceur dans la membrane. Ensuite, la pression est augmentée et la perméation a lieu. La distribution du traceur en sortie de membrane côté rejet confirme les observations précédentes. Celles obtenues côté perméat sont monodisperses pour un traçage avec des solutions de HCl et de NaCl. Pour les membranes usées, elles sont polydisperses avec apparition d'écoulements préférentiels proches de l'origine avec l'usure. Ces distributions se décomposent en une somme pondérée de distributions de type piston à dispersion axiale : chacune représentant un mode de perméation à travers la membrane. La réjection de la membrane baisse suite à la formation de ces nouveaux modes. Un modèle de connaissance à paramètres localisés distingue chaque zone d'écoulement dans le module membranaire. La membrane est représentée en une série de pistons à dispersion en parallèle. Ils permettent de définir des coefficients de dispersion axiale dans la membrane. Une baisse des capacités de réjection de la membrane s'assimile à une augmentation des coefficients de diffusion des traceurs dans la membrane.

L'étude de l'irradiation dans le système moléculaire à l'échelle du nanomètre est un domaine d'investigation innovant des sciences des radiations. Le Dispositif d'Irradiation d'Agrégats Moléculaires (DIAM) est conçu en vue les conséquences de l'irradiation dans des petits systèmes moléculaires modèles comme les agrégats d'eau protonés. L'irradiation provoque la fragmentation en plusieurs fragments neutres ou chargés. La technique de spectrométrie de masse COINTOF (Correlated Ion and Neutral Time of Flight) permet la détection corrélées des fragments neutres et chargés issus de la dissociation d'un système moléculaire préalablement sélectionné en masse et en vitesse. Les données collectées sont traitées et structurées pour permettre l'analyse statistique des corrélations sur un grand nombre d'événements de fragmentation. Parallèlement à l'identification des canaux de fragmentation, la technique COINTOF permet la mesure de leur rapport de branchement et de leur section efficace. La méthode est présentée pour la dissociation induite par collision sur un atome d'argon, d'agrégats d'eau protonés H+(H2O)n:[2;7], accélérés à 8keV. L'efficacité de détection, information déterminante pour la production de données quantitatives, est mesurée à partir des données et étudiée en fonction de la distribution l'amplitude des signaux de détection. Enfin, un nouveau système de cible constituée de nanogouttes de gaz rares a été développé

Nous étudions la faisabilité de la détection du sillage de navires en imagerie radar, éventuellement bistatique, afin d'obtenir des paramètres tels que le cap et la vitesse du navire. Dans un premier temps, on décrit la chaîne d'acquisition radar bistatique ainsi que l'environnement maritime, en particulier les modèles de diffusion des ondes électromagnétiques sur des surfaces océaniques et la manière d'obtenir une carte des hauteurs des vagues de sillage de Kelvin d'un navire. On décrit ensuite un simulateur de signaux radars bruts en configuration bistatique, en validant les résultats obtenus avec des données radar monostatiques disponibles dans la littérature. La seconde partie de la thèse est dédiée à l'étude de la détectabilité du sillage de navires. On traite tout d'abord du cas de la détection du sillage d'eau morte, en réalisant un test comparatif de quatre chaînes de référence représentatives. On traite ensuite la détectabilité du sillage de Kelvin dans des images radar de haute résolution, en commençant par discuter le choix d'une configuration radar optimisant la visibilité du sillage, puis en présentant un algorithme de détection et de traitement basé sur la théorie du filtrage adapté stochastique. Cet algorithme fonctionne également sur des données d'imagerie spatiale optiques haute résolution.

L'évaporation d'une molécule d'eau se traduit par la rupture d'une ou plusieurs liaisons hydrogène. Ces liaisons hydrogène sont à l'origine de nombreuses propriétés remarquables de l'eau. A l'échelle macroscopique, l'eau est connue pour son efficacité à thermaliser un système, tandis qu'au niveau microscopique, un transfert ultrarapide d'énergie vibrationnelle par l'intermédiaire des liaisons hydrogène a été observé. Qu'en est-il à l'échelle d'une nanogoutte lorsque qu'un nombre limité de molécules entre en jeu? Dans l'expérience réalisée auprès du dispositif DIAM de l'IPN Lyon, la relaxation d'une nanogoutte d'eau protonée est observée après excitation électronique d'une de ses molécules. La mise en œuvre d'une méthode d'imagerie de vecteur vitesse associée à la technique COINTOF (COrrelated Ion and Neutral Time-Of-Flight) a permis la mesure de la distribution de vitesse de molécules évaporées d'agrégats d'eau protonés, préalablement sélectionnés en masse et en énergie. La forme des distributions de vitesse mesurées montre que, même pour des nanogouttes composées de quelques molécules d'eau, l'énergie est redistribuée dans la goutte avant évaporation. Pour des nanogouttes contenant moins d'une dizaine de molécules d'eau, les distributions de vitesse mesurées sont proches de celles attendues pour des gouttes macroscopiques. La redistribution statistique de l'énergie apparaît comme un processus de relaxation dominant. Cependant, la mesure de la distribution des vitesses met aussi en évidence une contribution distincte à haute vitesse correspondant à l'éjection d'une molécule avant redistribution complète de l'énergie. Les distributions de vitesse mesurées pour des nanogouttes d'eau lourdes deutérées mettent en évidence une proportion d'événements non ergodiques plus importante que pour l'eau normale. Les mesures réalisées avec différents atomes cibles montrent que la proportion d'événements non ergodique diminue avec la diminution de l'énergie déposée dans la nanogoutte
The evaporation of a water molecule resulting in the rupture of one or more hydrogen bonds. These hydrogen bonds are responsible for many remarkable properties of water. At the macroscopic scale, water is well known for its ability to thermalize a system, while at the microscopic level, a high-speed transfer of vibrational energy through hydrogen bonding was observed. What scale of nanogoutte when a limited number of molecules come into play? In the experiment carried out with the device DIAM IPN Lyon, the relaxation of a nanogoutte of protonated water is observed after electronic excitation of one of its molecules. The implementation of a velocity vector imaging method associated with the technical COINTOF (Correlated Ion and Neutral Time-Of-Flight) allowed the measurement of the velocity distribution of molecules of evaporated protonated water clusters, mass and energy preselected. The shape of the measured velocity distributions shows that even for some nanodroplets composed of few water molecules, the energy is redistributed in the drop before evaporation. For nanodroplets containing less than ten water molecules, the measured velocity distributions are closed to those expected for macroscopic droplets. The statistical redistribution of energy appears as a dominant relaxation process. However, the measurement of the velocity distribution also highlights a distinct contribution at high velocity corresponding to the ejection of a molecule before complete redistribution of energy. The measured velocity distributions for heavy water nanodroplets deuterated show a proportion of non-ergodic most important events that for normal water. The measurements carried out with different target atoms show that the proportion of non-ergodic events decreases with decreasing the energy deposited in the nanogoutte

Les parois moulées sont des ouvrages de fondations en béton armé. Le béton de paroi moulée n'est jamais vibré et présente une fluidité élevée. Les observations effectuées après le terrassement et le rabotage des parois montrent que celles-ci présentent des défauts qui sont reliés au ressuage du béton lors de sa mise en place. Les cheminées de remontées d’eau représentent 90% des désordres observés sur les chantiers. Les constituants du béton sont souvent mis en cause. Une étude a été menée afin de comprendre l'influence des divers paramètres affectant le ressuage. Quatre formulations de béton issues de chantier ont été caractérisées en laboratoire. Une formule a montré sur chantier sa robustesse vis à vis du ressuage, tandis que les trois autres formulations ont abouti à des pathologies plus ou moins sévères. La formulation qui présentait le plus de pathologies a été modifiée de manière à observer l’effet des constituants de la formulation vis à vis du ressuage forcé et statique. Différentes pressions ont été étudiées afin de simuler différentes hauteurs de paroi moulée. Cette étude a permis de valider la pression 5 bars prédite par les recommandations Bauer. La formulation de base de ce béton de fondation a été modifiée de manière à obtenir une courbe granulaire continue, un rapport G/S proche de 1 et une augmentation du dosage en fines supérieur à 430 kg/m3. Les résultats des essais ont permis de limiter le seuil admissible du filtre presse Bauer à 15 ml au lieu de 24,4 ml. Les formulations du béton de fondation de plusieurs chantiers de parois moulées ont été modifiées, ce qui a permis de valider les prescriptions précédentes. Des recommandations ont pu être proposées
The diaphragm walls are foundations made with reinforced concrete. The concrete of diaphragm wall is never vibrated and has a high fluidity. The observations recorded following excavation and planing of diaphragm walls demonstrate that defects are observed which are correlated with concrete bleeding during placement. Water upwelling pathology represents 90% of all disorders observed at project sites. Mix components are often implicated. A study was conducted to understand the influence of various parameters affecting the bleeding. Four concrete mix designs derived from the field were characterized in the laboratory. On a jobsite, one design has, revealed its robustness with respect to bleeding, whereas the other three have led to pathologies of varying severity. The tested concrete displaying the most of pathologies was modified so as to observe the effect of different mix components on the forced and static bleeding. A range of pressures was introduced as a means of simulating various diaphragm wall heights.This study validated the pressure 5 bar predicted by the Bauer recommendations. The basic formulation of this concrete of foundation has been modified in order to have a continuous granular curve, G / S close to 1 and an increasing in the dosage of fines greater thinly than 430 kg / m3. The results of tests served to limit the admissible threshold of filter press Bauer at 15 ml instead of 24,4 ml. The formulations of the concrete foundation of several diaphragm walls have been modified accordingly, which validated the previous prescriptions. Recommendations have been proposed

L'objectif de ce travail a consisté à identifier des polluants émergents dans des eaux usées issues de stations d'épuration ainsi que dans le milieu naturel et à proposer une méthode de remédiation et un suivi de ces polluants. Dans un premier temps, nous avons identifié les polluants organiques contenus dans les échantillons d'eaux usées et issues du milieu naturel par chromatographie en phase liquide ou gazeuse couplée à une spectrométrie de masse, chromatographie en phase gazeuse par espace de tête statique et par spectrométrie par torche à plasma couplée à une spectrométrie de masse. Différents polluants ont été trouvés tels que les phtalates, des substances médicamenteuses, le cholestérol et des éléments de traces métalliques. Dans le but de piéger ces polluants, différents polymères de cyclodextrine (CD) solubles et insolubles dans l'eau ont été synthétisés et leurs capacités d'adsorption ont été évaluées. Après adsorption sur les polymères de CD, nous avons observé une diminution de la teneur en carbone organique total (COT) de l'effluent. Ces polymères se sont révélés être des adsorbants efficaces. Dans un second temps, des verres du système pseudo-ternaire Agl-HgS-As₂S₃ ont été synthétisés en ajoutant le composé le composé Agl dans le système pseudo-binaire HgS-As₂S₃. Ces verres de chalcogénures sont des membranes ionosélectives permettant de détecter les ions Hg²⁺ dans les effluents. Tout d'abord, nous avons défini le domaine vitreux des verres à l'aide de la diffraction des rayons X, ensuite les propriétés macroscopiques des verres ont été déterminées. Ainsi, les propriétés de transport ont été étudiées à l'aide de la spectroscopie d'impédance complexe montrant que l'ajout d'Agl dans le verre pseudo-binaire HgS-As₂S₃ provoque une augmentation de la conductivité ionique. Afin de comprendre ce phénomène, diverses études structurales ont été déployées par spectroscopie Raman, diffraction de neutrons et de rayon X haute énergie. Ces techniques ont montré que l'évolution de la conductivité ionique est dépendante de la structure du verre qui forme des chemins préférentiels de conduction. Enfin, différents capteurs avec différentes compositions sont testés afin de définir la sensibilité, la limite de détection et les coefficients de sélectivité en présence d'ions interférents
The aim of this work was to identify the emerging pollutants in the effluents of wastewater treatment plants as well as in the natural environment, and to propose a method of remediation and monitoring of these pollutants. In the first part of the thesis, we have identified the organic pollutants contained in the wastewater samples using (i) gas and/or liquid chromatography coupled with a mass spectrometry, (ii) static-headspace gas chromatography, and (iii) inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Different pollutants were found such as phthalates, drugs, cholesterol, and heavy metal traces. In order to trap these pollutants, various water soluble/insoluble cyclodextrin β-CD polymers have been synthesized and their adsorption capacities were evaluated. After the analysis of the effluent samples, we observed a decrease of the Total Organic Carbon (TOC). This decrease was attributed to the adsorption of pollutant by CD polymers which have proven to be effective adsorbents. The second part of the thesis included two main sub-parts : (i) a synthesis and characterization part and (ii) an application part. In the first sub-part, chalcogenide glasses in the pseudo-ternary Agl-HgS-As₂S₃ system have been synthesized by adding silver iodide "Agl" to the quasi-binary HgS-As₂S₃ system. The vitreous domain and the macroscopic properties of glass samples were determined. Electrical conductivity of glasses was studied using both the complex impedance spectroscopy and resistivity measurements ; it was found that adding Agl to the quasi-binary HgS-As₂S₃ alloy causes an increase in the ionic conductivity. Structural studies, using various techniques as Raman spectroscopy, neutron scattering and high-energy X-ray diffraction, have been performed in order to decipher the relation between both structural and transport properties in these glasses. In the second sub-part, the obtained glasses in the ternary system were used as membranes in chemical sensors dedicated to mercury detection in aqueous solution. As a result, various sensors with different compositions were tested to determine their corresponding sensitivity, detection limit and selectivity coefficients in the presence of interfering ions