Tesis sobre el tema "Thermodynamique des réseaux"

La thermodynamique des processus hors équilibre est reconnue de longue date comme un lieu de prédilection de la modélisation des conversions de l’énergie. Initialement développée par Sadi Carnot pour optimiser l’utilisation des machines à vapeur durant l’essor de l’ère industrielle, la modélisation de la conversion thermodynamique a connu de nombreux développements, dont en particulier ceux de Lars Onsager puis Herbert Callen, et enfin Prigogine. Au cœur de ces développements se trouve la question de la puissance extractible, question qui ne peut être abordée par la thermostatique mais par la thermodynamique à temps fini. Cette dernière, formulée depuis le milieu du siècle dernier par Novikov et Chambadal, a été remise en lumière par Curzon et Ahlborn dans les années 1970 sous la forme des machines endoréversibles. Dans ce cadre où l’évolution d’un système est gouvernée par les gradients des grandeurs intensives, il devient possible de modéliser complètement le comportement des machines, les puissances produites et les entropies créées, dépassant ainsi le simple cadre endoréversible. Dans le cas de systèmes décrits par une seule grandeur intensive, le comportement retrouvé est celui des lois empiriques simples telles que les lois d’Ohm, de Fourier ou de Darcy. Lorsque plusieurs grandeurs intensives couplées sont en jeu, le comportement devient complexe à modéliser, surtout si le système présente des inhomogénéités des propriétés physiques du fluide de travail thermodynamique. Le travail mené au cours de cette thèse traite de ces questions. Il est basé sur la conception d’un simulateur de réseaux thermodynamiques, appliqués spécifiquement à la thermoélectricité, qui est un système modèle particulièrement fructueux. Le système est décrit par les relations force-flux et une approche en volume fini, ce qui permet de reconstruire un réseau thermodynamique fidèle au système étudié. Cette approche prend rigoureusement en compte l’hypothèse de continuité des grandeurs intensives entre chaque élément de volume, dont sa validité est tout d’abord démontrée en considérant la fluctuation de la production d’entropie et son caractère résiduel en situation stationnaire. Ce résultat est discuté dans le cadre du débat sur les questions de principe de minimisation de production d’entropie. Cette approche a été validée par plusieurs simulations de réseaux thermoélectriques dans différents régimes, qu’ils soient stationnaires, transitoires et harmoniques. La réponse obtenue contient les termes électriques et thermiques à la fois linéaires et non linéaires, ces derniers résultant des couplages énergie-matière. Ce simulateur a permis d’intégrer des matériaux dont la conductivité thermique peut être modulé tel que dans des matériaux férroélectriques. Les simulations transitoires incluant des matériaux à conductivité thermique modulable permettent ainsi de déterminer le temps de redistribution de la chaleur dans le réseau à la suite de cette modulation. Ces travaux ouvrent la voie à des simulations thermoélectriques complexes et peu accessibles par d’autres voies, telle que l’étude et le dimensionnement de modules thermoélectriques hétérogènes. L’intégration de la description locale sur le volume permet de faire émerger un comportement global issu de la prise en compte d’effets d’inclusions sur le couplage, suggérant de nouvelles perspectives de développement, tel que dans le cadre d’effets thermomagnétiques issus d’inhomogénéités
In this context, where the evolution of a system is governed by the gradients of intensive quantities, it becomes possible to completely model the behavior of machines, the produced power, and the created entropy, thus surpassing the simple endoreversible framework. In the case of systems described by a single intensive quantity, the behavior found is that of simple empirical laws such as Ohm’s law, Fourier’s law, or Darcy’s law. When several coupled intensive quantities are involved, the behavior becomes complex to model, especially if the system exhibits inhomogeneities in the physical properties of the working fluid. The work carried out in this thesis addresses these issues. It is based on the design of a thermodynamic network simulator, specifically applied to thermoelectricity, which is a particularly fruitful model system. The system is described by force-flux relations and a finite volume approach, which allows for the reconstruction of a thermodynamic network faithful to the studied system. This approach rigorously takes into account the hypothesis of continuity of intensive quantities between each volume element, whose validity is first demonstrated by considering the fluctuation of entropy production and its residual character in a stationary situation. This result also helped clarify the debate on the principles of entropy production minimization, a debate that still stirs part of the scientific community. This approach was validated by several simulations of thermoelectric networks in various regimes, stationary, transient, and harmonic. The obtained response includes both linear and nonlinear electrical and thermal terms, the latter resulting from energy-matter couplings. Beyond thermoelectricity, this simulator made it possible to integrate ferroelectric and antiferroelectric materials, whose thermal conductivity varies according to polarization. Transient simulations including materials with modifiable thermal conductivity thus allow determining the heat redistribution time in the network following this modulation. This work paves the way for complex thermoelectric simulations that are not accessible by other means, such as the study and design of heterogeneous thermoelectric modules. The integration of local description over volume allows for the emergence of global behavior resulting from the consideration of exotic inclusion effects on coupling, suggesting new development perspectives, notably in the context of thermomagnetic effects arising from local current loops

Cette thèse a pour but de modéliser et simuler, par la méthode des gaz sur réseaux, des phénomènes hydrodynamiques, de la diffusion de masse et du transfert de chaleur. Le chapitre I est une introduction générale des modèles de gaz sur réseaux. Au chapitre II, nous avons démontré l'existence et l'unicité de l'équilibre local et de l'équilibre global de la population moyenne. Puis nous avons adapte la méthode de Lyapunov à l'équation aux différences finies. Grace au théorème H, nous avons obtenu la périodicité asymptotique conditionnelle pour une solution non-homogène de l'équation de Boltzmann et la stabilité asymptotique conditionnelle pour une solution homogène. Au chapitre III, nous avons défini la température dépendant seulement de l'énergie interne et de la masse volumique et vérifiant les relations habituelles de la thermodynamique. Les équations de conservation sont déduites dans les cas généraux par la méthode de Chapmann-Enskog. Les applications à la diffusion de masse et au transfert de chaleur nous donnent respectivement la loi de Fick et la loi de Fourier. Aux chapitres IV et V, des simulations de diffusion de masse et de chaleur sont comparées, dans les cas monodimensionnels, avec les solutions de la loi de Fick et de la loi de Fourier obtenues par une méthode aux différences finies. Les résultats obtenus par ces deux méthodes sont concordants

La tâche de répondre à une demande croissante pour une meilleure qualité de l'expérience utilisateur dans les communications sans fil, est contestée par la quantité d'énergie consommée par les technologies concernées et les méthodes employées. Sans surprise, le problème de la réduction de la consommation d'énergie doit être abordé à diverses couches de l'architecture de réseau et de diverses directions. Cette thèse traite de certains aspects cruciaux de la couche physique de l'architecture de réseau sans fil afin de trouver des solutions efficaces d'énergie. Dans la première partie de cette thèse, nous explorons l'idée de l'efficacité énergétique à un niveau fondamental. A commencer par répondre aux questions telles que: - Qu'est-ce que la forme physique d'information ?, nous construisons un dispositif de communication simple afin d'isoler certaines étapes clés dans le processus physique de la communication et nous dire comment elles affectent l'efficacité énergétique d'une communication système. Dans la deuxième partie, nous utilisons des outils de la géométrie stochastique pour modéliser théoriquement réseaux cellulaires afin d'analyser l'efficacité énergétique du système. L'exploitation de la traçabilité d'une telle modélisation mathématique, nous explorons les conditions dans lesquelles la consommation d'énergie peut être réduite. En outre, dans cette partie, nous introduisons le concept de la mise en cache des données des utilisateurs à la périphérie du réseau (à savoir le final ac BS qui est en contact avec l'utilisateur) et de montrer quantitativement comment la mise en cache peut aider à améliorer l'efficacité énergétique d'un cellulaire réseau. Nous tenons également à ce traitement à un ac Hetnet scénario (à savoir quand il y a plus d'un type de glspl déployé BS) et étudions divers indicateurs de performance clés. Nous explorons également les conditions où l'efficacité énergétique d'un tel système peut être améliorée. Les résultats de thèse fournissent quelques idées clés pour améliorer l'efficacité énergétique dans un réseau cellulaire sans fil contribuant ainsi à l'avancement vers la prochaine génération (5 G) des réseaux cellulaires
The task of meeting an ever growing demand for better quality of user experience in wireless communications, is challenged by the amount of energy consumed by the technologies involved and the methods employed. Not surprisingly, the problem of reducing energy consumption needs to be addressed at various layers of the network architecture and from various directions. This thesis addresses some crucial aspects of the physical layer of wireless network architecture in order to find energy efficient solutions.In the first part of this thesis, we explore the idea of energy efficiency at a fundamental level. Starting with answering questions such as - emph{What is the physical form of `information'?}, we build a simple communication device in order to isolate certain key steps in the physical process of communication and we comment on how these affect the energy efficiency of a communication system.In the second part, we use tools from stochastic geometry to theoretically model cellular networks so as to analyze the energy efficiency of the system. Exploiting the tractability of such a mathematical modeling, we explore the conditions under which the consumption of energy can be reduced. Further in this part, we introduce the concept of caching users' data at the edge of the network (namely the final ac{BS} that is contact with the user) and show quantitatively how caching can help improve the energy efficiency of a cellular network. We also extend this treatment to a ac{HetNet} scenario (namely when there are more than one type of glspl{BS} deployed) and study various key performance metrics. We also explore the conditions where energy efficiency of such a system can be improved.The results in thesis provide some key ideas to improve energy efficiency in a wireless cellular network thereby contributing to the advancement towards the next generation (5G) cellular networks

L'amelioration des transferts de chaleur et de masse et la cinetique chimique dans les reacteurs thermochimiques accroit fortement leur performance en puissance et/ou en energie. La geometrie du reacteur joue un rôle tres important dans cette amelioration. Cette these a permis de developper des methodes originales combinant l'approche constructale et deux criteres d'optimisation thermodynamique: la minimisation de la production d'entropie (modelisation stationnaire) et la maximisation du rapport puissance / production d'entropie (modelisation dynamique). A l'aide de ces methodes, une conception optimale des reseaux de transferts couples de chaleur et de masse est faite pour les reacteurs thermochimiques. Cette etude a montre que tout reacteur, quelque soit le materiau reactif qu'il contient, possedeune forme geometrique optimale. Des modeles analytique et numerique couplant les transferts de chaleur et de masse ainsi que la cinetique chimique ont permis de montrer l'efficacite des architectures arborescentes constructales dans la conception des reacteurs thermochimiques. Une approche experimentale a ete abordee dans le but de valider les modeles analytique et numerique
Heat and mass transfer and chemical reaction improvements in thermochemical reactors strongly increase their performance in power and / or in energy. The reactor geometry plays an important role in these improvements. This work developed original methods combining constructal approach and two thermodynamics optimization criteria: the entropy generation minimization (for steady state modelling) and the ratio of the power over the entropy generation (for dynamic modelling). These methods enabled to optimize the design of the coupled heat and mass transfer networks in the thermochemical reactors. This study showed that for every reactor there exists its optimal shape regardless to the reactive material that filled it. Analytical and numerical models, coupling heat and mass transfer, and chemical reaction, enabled to demonstrate the constructal tree-network architecture efficiency in the thermochemical reactors design. An experimental approach was started in order to valid the analytical and numerical models

L'utilisation des reseaux de bragg comme composant passif dans les reseaux de telecommunication, leur integration dans les systemes optiques comme filtre frequentiel ou miroir de cavite laser est freinee par la derive en temperature de la longueur d'onde d'accord de bragg. L'annulation de cette derive peut etre realisee par differentes methodes soit par compensation active, soit par compensation chimique. Ces methodes ayant leurs defauts propres, nous proposons une troisieme voie tirant partie des avantages de chacune. Cette these etudie les effets de la variation des grandeurs thermodynamiques sur la derive de la longueur d'onde de bragg en analysant d'une part les modifications de la propagation dans le guide grace a la theorie des modes couples et d'autre part les changements subis par le solide support du reseau de bragg. A l'aide de ces developpements theoriques, nous proposons une methode de stabilisation passive de la longueur d'onde d'accord de bragg par dilatation thermique differentielle de deux materiaux. Ce rapport contient les bases theoriques necessaires a la mise en oeuvre de la stabilisation, les concepts ayant donne lieu au developpement d'un logiciel de simulation de la reponse spectrale des reseaux de bragg. Ainsi que les tests et mesures effectues sur les montages stabilisateurs realises. Nous proposons finalement une application pratique par le developpement d'un capteur de pression a reseau de bragg ainsi qu'une centrale d'interrogation utilisant l'information spectrale du capteur.

Au cours des deux dernières décennies, les systèmes frustrés de spins artificiels se sont imposés comme une plate-forme expérimentale incontournable pour sonder des phénomènes magnétiques coopératifs souvent associés au magnétisme frustré. Par rapport à leurs équivalents naturels, ces systèmes artificiels constitués de nanostructures magnétiques en interaction offrent plusieurs avantages clés. Fabriqués par des procédés de nanofabrication, ils permettent de concevoir une palette très large de géométries. En outre, leur configuration magnétique peut être visualisée directement, à l'échelle du degré de liberté du spin, à l'aide de techniques d'imagerie magnétique. Les quantités locales et globales peuvent alors être mesurées de manière pratique, dans l'espace réel et en temps réel, à n'importe quelle température.Ce travail de doctorat se concentre sur de tels systèmes de spins artificiels, et plus particulièrement sur la géométrie carrée qui a été initialement proposée comme un équivalent bidimensionnel (2D) de la structure cristalline tridimensionnelle (3D) des systèmes pyrochlores. Toutefois, cette approche 2D supprime la frustration magnétique présente à 3D, et le système s'ordonne de manière antiferromagnétique au lieu de présenter un état fondamental massivement dégénéré, semblable à celui d'un liquide de spin.Suivant une stratégie proposée dans la littérature, des réseaux carrés de nanostructures constitués de deux sous-réseaux décalés verticalement ont été fabriqués pour restaurer la frustration magnétique, ce qui a permis d'atteindre expérimentalement un régime liquide de spin. En visualisant les configurations magnétiques obtenues après un protocole de désaimantation, l'analyse des corrélations de spin révèle des écarts par rapport aux prédictions du modèle (à courte portée) de la glace carrée. En comparant ces données à des simulations Monte Carlo, nos résultats indiquent que les interactions magnétostatiques à longue portée ne peuvent pas être négligées dans nos expériences, contrairement à ce qui était pensé jusqu’à présent.Par la suite, ces glaces carrées artificielles ont été utilisées pour comprendre dans quelle mesure le protocole de désaimantation en champ que nous appliquons est un processus stochastique. Pour ce faire, nous avons étudié les configurations magnétiques obtenues après des protocoles de champ successifs. Nos résultats montrent que chaque micro-état magnétique obtenu diffère substantiellement du précédent, mais pas complètement. En analysant les configurations de spin et de vertex correspondantes, nous démontrons que notre protocole en champ est un processus stochastique, bien que nous observions également des signatures non ambiguës d’un déterminisme magnétique que nous attribuons à la présence d'un désordre résiduel. L’origine de ce désordre et du comportement aléatoire en champ sont discutés.Enfin, nous explorons la physique d'une série de réseaux carrés conventionnels (c’est-à-dire non décalés verticalement) désaimantés en champ tournant, dans lesquels le paramètre de maille est progressivement modifié afin d'ajuster l’intensité des interactions magnétostatiques. En comparant les populations de vertex et les corrélations de spin à des prédictions Monte Carlo, nous montrons que la série de réseaux est bien décrite par un Hamiltonien de spin unique, sondé à différentes températures effectives. En d'autres termes, le paramètre de maille peut servir de potentiomètre pour explorer la thermodynamique d'un modèle de spin donné
In the past two decades, artificial spin ice systems have become a powerful experimental platform to investigate cooperative magnetic phenomena often associated with highly frustrated magnets. Compared to their natural counterparts, artificial spin ice systems made of interacting magnetic nanostructures offer several key advantages. Being engineered through nanofabrication processes, an extensive palette of geometries can be designed. In addition, their magnetic configuration can be visualised directly, at the scale of the spin degree of freedom, using magnetic imaging techniques. Local and global quantities can then be measured conveniently, in real space and time, at almost any desired temperature.This PhD work focuses on such artificial spin systems, and more specifically on the square geometry, which was initially proposed as a two-dimensional (2D) counterpart of the three-dimensional (3D) pyrochlore crystal structure. However, this 2D approach removes the magnetic frustration present in 3D, and the system orders in a conventional antiferromagnetic fashion rather than exhibiting a highly degenerate, liquid-like ground state.Following a strategy proposed in the literature, arrays of nanostructures consisting of two vertically offset sub-lattices were fabricated to restore frustration, enabling to reach a spin liquid regime experimentally. Imaging the magnetic configurations obtained after a field demagnetisation protocol, the analysis of the spin-spin correlations reveals deviations from what is predicted by the (short-range) square ice model. Comparing the experimental findings to Monte Carlo simulations, our results indicate that long-range magnetostatic interactions are not washed out in our arrays, contrary to what was initially thought.Then, these artificial square ice structures were used to understand to what extent the field demagnetisation protocol we apply is a stochastic process. To do so, we studied the magnetic configurations obtained after successive field protocols. Our results show that each captured magnetic micro-state differs substantially from the previous one, but not entirely. Analysing the corresponding spin and vertex configurations, we demonstrate that our field protocol is a stochastic process, although we also observe unambiguous signatures of magnetic determinism that we attribute to the presence of quenched disorder. The possible sources of randomness in our experiment are discussed.Finally, we explore the behaviour of a series of field-demagnetised conventional (non-offset) square arrays, in which the lattice parameter is gradually varied to tune the interaction strengths. Comparing the experimental vertex populations and spin-spin correlations to Monte Carlo predictions, we show that the lattice series is well approximated by a unique short-range spin Hamiltonian probed at different effective temperatures. In other words, the lattice parameter can serve as a knob to probe the thermodynamics of a given spin model

Le piégeage optique d’atomes sur réseaux optiques permet d’étudier leur comportement dans un régime de très basse température, de l’ordre du nanokelvin, sans geler le degré de liberté de leur moment cinétique. Ces méthodes récentes de piégeage offrent la possibilité d’analyser le magnétisme des phases quantiques spontanément adopté par les atomes. Dans cette thèse, nous étudions numériquement des bosons à deux états effectifs de spin, ou bosons de spin-1=2, ainsi que des bosons à trois états de spin, ou bosons de spin-1, avec deux méthodes conceptuellement différentes : une approche simplifiée en champ moyen et une méthode exacte, la méthode de Monte Carlo Quantique. Au delà de l’étude de ces deux systèmes, nous comparons une méthode en champ moyen, parfois abusivement employée, à la méthode de Monte Carlo Quantique. L’étude approfondie du système de bosons de spin-1=2 en une et deux dimensions dans la limite de température nulle montre l’influence de la dimension sur la physique de ce système. Les effets thermiques, non négligeables expérimentalement, sont aussi étudiés. Enfin, le système de bosons de spin-1 piégés sur un réseau bidimensionnel, système plus riche et plus complexe à étudier que le précédent, est étudié dans la limite de température nulle. L’étude de ces deux systèmes révèle différentes organisations magnétiques dans les phases isolantes de Mott ainsi que dans la phase superfluide, telles qu’un superfluide ferromagnétique. Des transitions de phases du premier ordre et des mouvements cohérents anticorrélés, présents dans les phases de Mott, sont aussi observées
Optical trapping of atoms on optical lattices allows the study of their behaviour in the range of ultra low temperature, at the nanokelvin scale, without freezing their angular momentum degrees of freedom. Those recent trapping methods offer the possibility to analyse the quantum magnetism spontaneously adopted by the atoms. In this thesis we study numerically bosons with two internal effective degrees of freedom, referred to as spin-1=2 bosons, and also bosons with three degrees of freedom, spin-1 bosons, with two conceptually different methods : a simplified one using mean field approximation and an exact method, the Quantum Monte Carlo method. Beyond the study of these two systems, we compare a mean field method, sometimes excessively used, to the Quantum Monte Carlo method. The thorough investigation of the spin-1=2 bosons system in one and two dimensions in the zero temperature limit shows the influence of dimensionality on the physical properties of this system. The thermal effects, still present experimentally, are also analysed. Lastly, the spin-1 boson system trapped into a two dimensional lattice, a richer and more complicated system than the previous one, is investigated in the zero temperature limit. The study of these two systems reveals different magnetic organization in Mott insulators and superfluid phases, such as a ferromagnetic superfluid. First order phase transitions and coherent anticorrelated movements, present in the Mott phases, are also observed

Les fluides pétroliers extraits de gisements ont des teneurs plus ou moins importantes en composés non souhaités tels que le dioxyde de carbone, l’hydrogène sulfuré ou autres produits soufrés. Ils doivent subir nombre de transformations et purifications. Le dimensionnement des unités correspondantes ne peut être bien optimisé que si l’on dispose de données fiables et précises d’équilibre de phases et de propriétés volumétriques et bien entendu d’une modélisation elle aussi fiable et précise. Le présent travail a été consacré en partie à des mesures de propriétés volumétriques sur trois mélanges binaires (éthane – hydrogène sulfuré, éthane – dioxyde de carbone et propane – hydrogène sulfuré). Ces mesures ont été réalisées à l’aide d’un appareillage, comportant un densimètre à tube vibrant (Anton Paar, modèle DMA 512), qui a été conçu et construit tout spécialement pour ce travail. L’étude menée sur la modélisation des propriétés volumétriques a permis de mettre en évidence l’inadéquation de l’usage classique des équations d’état cubiques pour représenter simultanément propriétés volumétriques et équilibres de phases. Parmi les équations d’état présentées, une attention particulière a toutefois été portée sur les équations d’état cubiques en raison de leur très grande utilisation dans le domaine pétrolier. Un moyen a été testé pour adapter les équations d’état cubiques à la représentation simultanée et satisfaisante des propriétés volumétriques et équilibres de phases : Il s’agit du couplage de l’équation d’état cubique de Soave-Redlich-Kwong avec une correction de volume par réseau de neurones
Various pollutant contents (ie carbon dioxide, hydrogen sulphide or other sulphur products) are found in produced oils. These latter must undergo a number of transformations and purifications. The design and dimensioning of the corresponding units can well be optimized only if one has reliable and accurate data about phase equilibria and volumetric properties and of course reliable and accurate modeling. This work was devoted partly to measurements of volumetric properties on three binary mixtures (ethane - hydrogen sulphide, ethane - propane and carbon dioxide - hydrogen sulphide). These measurements were carried out using equipment, comprising a vibrating tube densimeter (Paar, model DMA 512 P), which was especially designed and built for this work. The study undertaken about the modeling of volumetric properties made it possible to highlight the inadequacy of the traditional use of cubic equations of state to represent simultaneously volumetric properties and phase equilibria. Among the equations of state investigated, a close attention however was paid to cubic equations of state because of their very great use in the oil field. A new tool was found to adapt cubic equations of state to the simultaneous and satisfactory representation of volumetric properties and phase equilibria. It concerns the coupling of the cubic Redlich-Kwong-Soave equation of state with volume correction through a neural network

Le transport a toujours été l'un des composants déterminants de la vie urbaine et de son développement économique. A partir de la seconde moitié du siècle dernier, l'amélioration du niveau de vie moyen et du taux d'équipement des ménages a permis au plus grand nombre d'accéder au déplacement par véhicule particulier. Nous avons donc assisté à une course entre la croissance du trafic routier et les progrès quantitatifs et qualitatifs de la voirie. Cette quantité d'actions génère des problèmes au niveau de la fluidité du trafic, d'où l'apparition de congestion.La congestion se produit aujourd'hui de façon quasi-quotidienne dans les réseaux routiers. Elle est source de perte de temps, augmentation de la consommation d'énergie, nuisance et détérioration de l'environnement. La solution aux problèmes de congestion routière ne passe pas toujours par l'augmentation de l'investissement dans les infrastructures de transport. En effet, l'offre de terrains est épuisée et le développement de l'infrastructure routière est coûteux. D'où, la tendance actuelle est plutôt à une meilleure utilisation des infrastructures existantes. En particulier, les feux de signalisation jouent un rôle important parmi les approches qui permettent d'éviter la congestion. En effet, la conception d'une meilleur commande des feux de signalisation a fait l'objet de plusieurs recherches afin d’améliorer la circulation au niveau du réseau à grande échelle.Dans ce mémoire, nous nous intéressons essentiellement à un travail en amont (action a priori) permettant d'éviter la congestion en forçant le nombre de véhicules à ne pas dépasser les capacités maximales des voies du réseau de transport. Après avoir décrire les réseaux de carrefours des feux, nous présentons d'une manière non exhaustive, les méthodes développées pour la gestion et la régulation des carrefours. Ensuite, nous proposons trois stratégies de contrôle qui traitent le problème de contrôle de manières différentes. La première fait appel à la théorie des systèmes dissipatifs, la deuxième consiste à stabiliser le système au sens de Lyapunov autour de sa situation nominale et la troisième le stabilise en temps fini (pendant les heures de pointe). Ces commandes proposées respectent les contraintes sur l'état et sur la commande et prennent en considération les incertitudes existantes dans le système. Finalement, l'existence des commandes proposées a été caractérisée par la faisabilité de certaines LMI en utilisant l'outil CVX sous MATLAB. De plus, les performances de chaque commande sont évaluées par des simulations
Transport has always been one of the key components of urban life and its economic development. From the second half of the last century, the improvement in the average standard of living and the household equipment rate allowed the greatest number of people to access the journey by private vehicle. We therefore witnessed a race between the growth of road traffic and the quantitative and qualitative progress of roads. This quantity of actions generates problems with the fluidity of the traffic, hence the appearance of congestion.The congestion occurs today almost daily in road networks. It is source of waste of time, increase of the energy consumption, the nuisance and the deterioration of the environment. The solution to the problems of road congestion does not still pass by the increase of the investment in the infrastructures of transport. Indeed, the offer of grounds is exhausted and the development of the road infrastructure is expensive. Hence, the current trend is rather for a better use of the existing infrastructures. In particular, traffic lights play an important role in avoiding congestion. Indeed, the design of a better control of traffic lights has been the subject of several researches in order to improve the network circulation on a large scale.In this thesis, we are mainly interested in a work that prevents the congestion by forcing the number of vehicles to not exceed the lane capacities. After having described the network of intersections, we have realized a state of the art on the methods developed for the management and regulation of intersections. Next, we propose three control strategies that treat the control problem in different ways. The first one involves the theory of dissipative systems, the second one is to stabilize the system in the sense of Lyapunov around its nominal situation and the third one stabilizes it in finite time (during peak hours). These proposed controls respect the constraints on both state and control. In addition, they take into account the uncertainties in the system. Finally, the result of each strategy developed is presented by LMI in order to be solved by using the CVX tool under MATLAB. Besides, the performance of each control is evaluated by simulations

Ce travail a pour objet le développement d’un système combinant un algorithme génétique d’optimisation multiobjectifs avec des outils de thermodynamique prédictive de type calphad (calcul des diagrammes de phases) et de fouille de données permettant l’estimation des propriétés thermochimiques et thermomécaniques d’alliages multicomposants. L’intégration de ces techniques permet l’optimisation quasi-autonome de la composition d’alliages complexes vis-à-vis de plusieurs critères antagonistes telles les résistances mécaniques et chimiques, la stabilité microstructurelle à haute température et le coût. La méthode est complétée d’une technique d’analyse décisionnelle multicritères pour assister la sélection d’alliages. L’approche est illustrée par l’optimisation de la chimie de deux familles d’alliages multicomposants. Le premier cas d’étude porte sur les superalliages à base de nickel polycristallins corroyés renforcés par précipitation de la phase 0 destinés à la fabrication de disques de turbines dans l’aéronautique ou de tuyauteries de centrales thermiques. L’optimisation résulte en la conception d’alliages moins onéreux et prédits plus résistants que l’Inconel 740H et le Haynes 282, deux superalliages de dernière génération. Le second cas d’étude concerne les alliages dits « à forte entropie » dont la métallurgie singulière est emblématique des problèmes combinatoires. À l’issue de l’optimisation, quelques alliages à forte entropie ont été sélectionnés et fabriqués ; leur caractérisation expérimentale préliminaire met en évidence des propriétés attrayantes tel un ratio dureté sur masse volumique inédit
The present work revolves around the development of an integrated system combining a multi-objective genetic algorithm with calphad-type computational thermodynamics (calculations of phase diagrams) and data mining techniques enabling the estimation of thermochemical and thermomechanical properties of multicomponent alloys. This integration allows the quasiautonomous chemistry optimisation of complex alloys against antagonistic criteria such as mechanical and chemical resistance, high-temperature microstructural stability, and cost. Further alloy selection capability is provided by a multi-criteria decision analysis technique. The proposed design methodology is illustrated on two multicomponent alloy families. The first case study relates to the design of wrought, polycrystalline 0-hardened nickel-base superalloys intended for aerospace turbine disks or tubing applications in the energy industry. The optimisation leads to the discovery of novel superalloys featuring lower costs and higher predicted strength than Inconel 740H and Haynes 282, two state-of-the-art superalloys. The second case study concerns the so-called “high-entropy alloys” whose singular metallurgy embodies typical combinatorial issues. Following the optimisation, several high-entropy alloys are produced; preliminary experimental characterisation highlights attractive properties such as an unprecedented hardness to density ratio

À l'instar de l'étude des circuits électroniques, l'étude des systèmes complexes est souvent facilitée par leur décomposition en sous-systèmes plus simples. Deux sous-problèmes apparaissent alors : 1) l'étude de chaque sous-système séparément ; 2) l'émergence de nouveaux comportements lors de leur réassemblage. La théorie des circuits hors équilibre est la mieux comprise pour un unique couple de courant (électrique) et de force thermodynamique conjuguée (tension), comme c'est le cas en électronique. Chaque sous-système est alors décrit par une caractéristique courant-tension, résumée dans le concept d'impédance scalaire. La caractéristique courant-tension de l'ensemble du système est alors obtenue en utilisant les lois de conservation au sein et à l'interface de chaque sous-système (par exemple, les lois de Kirchoff). Le but de cette thèse est d'étendre les résultats de l'électronique stationnaire aux machines thermodynamiques stationnaires hors équilibre présentant un nombre arbitraire de courants et de forces conjuguées soumis à différents couplages (par exemple, thermoélectriques). Pour ce faire, nous devons identifier des outils permettant le traitement des lois de conservation à l'intérieur d'un réseau complexe. La notion d'impédance scalaire doit aussi être remplacée par un objet matriciel, la matrice de conductance hors équilibre, pour prendre en compte le couplage entre les différents types de courants traversant le système. Ce manuscrit est divisé en trois parties. Dans la première partie, nous faisons un état de l'art du traitement algébrique des convertisseurs thermodynamiques. Dans la deuxième, nous démontrons le calcul de la matrice de conductance hors équilibre pour des réseaux de réactions chimiques ainsi que pour des convertisseurs thermoélectriques. Enfin, dans la dernière partie, nous démontrons les lois d'addition des résistances/conductance pour des associations série/parallèle
As with the study of electronic circuits, the study of complex systems is often facilitated by breaking them down into simpler subsystems. Two sub-problems then arise: 1) the study of each sub-system separately; 2) the emergence of new behaviours when they are reassembled. The theory of non-equilibrium circuits is best understood for a single pair of current (electric) and conjugate thermodynamic force (voltage), as is the case in electronics. Each subsystem is then described by a current-voltage characteristic, summarised in the concept of scalar impedance. The current-voltage characteristic of the whole system is then obtained using the conservation laws within and at the interface of each subsystem (e.g. Kirchoff's laws). The aim of this thesis is to extend the results from steady state electronics to non-equilibrium steady state thermodynamic machines with an arbitrary number of conjugate currents and forces subject to different couplings (e.g. thermoelectric). To do this, we need to find tools for treating conservation laws within a complex network. The notion of scalar impedance must also be replaced by a matrix object, the non-equilibrium conductance matrix, to account for the coupling between the different types of currents flowing through the system. This manuscript is in three parts. In the first part, we review the state of the art in the algebraic treatment of thermodynamic converters. In the second part, we demonstrate the calculation of the non-equilibrium conductance matrix for chemical reaction networks and thermoelectric converters. Finally, in the last section, we demonstrate the resistance/conductance summation laws for series/parallel combinations

Le piégeage optique d'atomes sur réseaux optiques permet d'étudier leur comportement dans un régime de très basse température, de l'ordre du nanokelvin, sans geler le degré de liberté de leur moment cinétique. Ces méthodes récentes de piégeage offrent la possibilité d'analyser le magnétisme des phases quantiques spontanément adopté par les atomes. Dans cette thèse, nous étudions numériquement des bosons à deux états effectifs de spin, ou bosons de spin-1/2, ainsi que des bosons à trois états de spin, ou bosons de spin-1, avec deux méthodes conceptuellement différentes: une approche simplifiée en champ moyen et une méthode exacte, la méthode de Monte Carlo Quantique. Au delà de l'étude de ces deux systèmes, nous comparons une méthode en champ moyen, parfois abusivement employée, à la méthode de Monte Carlo Quantique. L'étude approfondie du système de bosons de spin-1/2 en une et deux dimensions dans la limite de température nulle montre l'influence de la dimension sur la physique de ce système. Les effets thermiques, non négligeables expérimentalement, sont aussi étudiés. Enfin, le système de bosons de spin-1 piégés sur un réseau bidimensionnel, système plus riche et plus complexe à étudier que le précédent, est étudié dans la limite de température nulle. L'étude de ces deux systèmes révèle différentes organisations magnétiques dans les phases isolantes de Mott ainsi que dans la phase superfluide, telles qu'un superfluide ferromagnétique. Des transitions de phases du premier ordre et des mouvements cohérents anticorrélés, présents dans les phases de Mott, sont aussi observés.

Le domaine des Origines de la vie cherche à expliquer l’abiogenèse : comment la matière abiotique peut se transformer en vivant. Ces dernières décennies ont vu l’élaboration de plusieurs scénarios prébiotiques : hypothèses sur la place, la chimie et les mécanismes physiques de l’abiogenèse. Dans cette thèse, nous introduisons des cadres rigoureux, pour l’étude systématique des aspects physiques de l’abiogenèse. Ces cadres s’appuient sur des avancements en thermodynamique hors d’équilibre, réseaux de réactions chimiques et sélection sur plusieurs niveaux. Ils soulignent la cohérence thermodynamique et la structure fondamentale de la chimie. Ch.1 donne une introduction critique au domaine des origines de la vie, soulignant ce que nous savons, ce que les scénarios supposent et les développements historiques qui ont façonné la pensée actuelle. Ch.2 présente le cadre théorique des réseaux chimiques. Nous élargissons le cadre avec de nouveaux outils et un critère pour une description universelle de la chimie : la non-ambiguïté. Ch.3 décrit des moyens pour rendre les réseaux "ouverts" : chimiostats, CSTR, transfert en série, couplage diffusif aux compartiments. Le concept de chimiostat est étendu au "chimiostat composite", qui fixe une combinaison d’espèces. Nous corrigeons la loi zéro de la thermodynamique, qui, en thermodynamique stochastique, peut être brisée pour les quantités entières conservées. Ch.4 illustre le concept d'information dans les réseaux chimiques à l'aide d'un moteur qui extrait du travail en racémisant des énantiomères purs. On passe ensuite au procédé inverse : la purification des compositions. On présente des réseaux qui améliorent la purification, avec différents compromis. Ch.5 présente la dérivation des critères universels pour la catalyse et l'autoréplication pour les réseaux chimiques non-ambigus. L'échange entre phases et compartiments (diffusion, évaporation, etc.) conduit à l'émergence de nouvelles formes d'autocatalyse à compartiments multiples.Nous passons en revue différents cadres théoriques pour l’évolution chimique en Ch.6. Ces cadres se concentrent sur des chimies et des structures de réseaux spécifiques, et dépendent sensiblement du niveau de description. Ces approches peuvent être réunis et étendues, ils sont compris dans notre cadre général pour l'autocatalyse. On décrit des aspects thermodynamiques et structuraux de l’évolution autocatalytique, qui se produit par des processus de branchement aux taux microscopiques. L'extension à l’autocatalyse à compartiments multiples conduit à des comportements écologiques (syntrophie, parasitisme, coopération). Ch.7 étudie la formation de copolymères longes (par adsorption, recombinaison, ligature chimiquement activé). On trouve les coûts thermodynamiques pour la génération dissipative des séquences aléatoires. Ceci introduit des bornes énergétiques sur les scénarios qui reposent sur l’apparition des structures rares. Ch.8 présente un cadre statistique pour la compartimentation transitoire. Cette forme de sélection multi-niveaux n'a pas de lignées : un compartiment survivant disparaît après sa croissance et sélection. Cela fait que son contenu peut être multiplié par plus qu'un facteur de 2 (expérimentalement : >10^6). Ce mécanisme s'est avéré capable de surmonter les invasions parasitaires, d'induire une coopération et d'abaisser les seuils d'erreur. Le bruit de composition suit de la cinétique de croissance. La polymérisation peut réduire considérablement ce bruit, ce qui peut favoriser sa sélection. À ce niveau de description, les parasites donnent lieu à une nouvelle catastrophe lié à la complexation. Ch.9 présente un nouveau scénario, fondé sur des mécanismes. Le scénario est basé sur la structure de la chimie, l'autocatalyse et sélection à plusieurs niveaux, mais ne spécifie pas de molécules : elles peuvent être introduites a posteriori. Nous fournissons une base sur laquelle des scénarios rigoureux pour l'avenir peuvent être construits
The academic field of Origins of Life seeks to explain abiogenesis: how abiotic matter can be transformed to living systems. Recent decades have seen a substantial development of prebiotic scenarios: hypotheses on the place, chemistry and physical mechanisms of abiogenesis. In this thesis, we introduce rigorous frameworks, for the systematic study of physical aspects of abiogenesis. These frameworks build upon recent insights in nonequilibrium thermodynamics, chemical reaction networks and group selection. They stress thermodynamic consistency and the fundamental structure of chemistry. In Ch.1, a critical introduction to the field of origins of life is given, highlighting what we truly know, what popular scenarios assume and historical developments that have shaped the current thinking. In Ch.2, the theoretical framework of chemical networks is introduced. We extend the framework with new tools and a criterion for a universal description of chemistry: nonambiguity. In Ch.3, we describe ways to make networks ‘open’: chemostats, CSTR, serial transfer, diffusive coupling to compartments. The concept of chemostats is extended to ‘composite chemostats’, which chemostats combinations of species. We correct the zeroth law of thermodynamics, which is shown to be violated for conserved integer quantities in stochastic thermodynamics. In Ch.4, we illustrate the concept of information in chemical networks, using a scalable engine that extracts work from the racemization of enantiomerically pure molecules. We then move to the opposite process: purifying compositions. We illustrate a variety of chemical networks that achieve purification, and we discuss their tradeoffs. In Ch.5, we derive universal criteria for catalysis and self-replication for unambiguous chemical networks. The addition of exchange processes between phases and compartments (diffusion, evaporation, partitioning etc.) leads to emergent new forms of multicompartment autocatalysis. In Ch.6, we review the concept of chemical evolution and some of the frameworks developed for it. These frameworks focus on specific chemistries and network structures, and we show that their interpretation critically hinges on the level of coarse graining. These approaches, often treated as mutually exclusive, are united, extended and encompassed by our general framework for autocatalysis. We study structural and thermodynamic aspects of autocatalytic evolution in a single reactor, which occurs by branching processes built up from microscopic rates. The extension to multicompartment autocatalysis leads to new emergent ecological behavior (syntrophy, parasitism), favoring cooperation and spatial confinement. In Ch.7, we study the thermodynamics of making long polymers in various out-of-equilibrium situations (adsorption, recombination reactions, chemically activated ligation). We derive thermodynamic costs for the dissipative generation of random copolymer sequences. This allows to place energetic bounds on scenarios that rely on the appearance of rare structures. In Ch.8, we set up a statistical framework to study transient compartmentalization. This new form of multilevel selection has no lineages: surviving compartments vanish after growth and selection, which means contents may multiply by more than a factor 2 (experimentally: >10^6). This mechanism is shown capable of overcoming parasite invasions, induce cooperation and lower error thresholds. Compositional noise is derived from growth kinetics. Polymerization can drastically decrease such noise, which can improve selection. On this level of description, a new parasite catastrophe emerges: a complexation catastrophe. In Ch.9, we formulate a mechanism-based scenario. The scenario is based on the structural features of chemistry, multicompartment autocatalysis and multi-level evolution, but does not specify any molecules: they can be introduced a posteriori. We provide a foundation on which rigorous future scenarios can be built

Le manuscrit présente des expériences réalisées avec des gaz quantiques de Chrome, un élément présentant un large spin électronique S=3 et des interactions dipolaires non négligeables. Nous avons produit un nouveau gaz quantique, une mer de Fermi avec l'isotope ⁵³Cr, en optimisant la co-évaporation avec l'isotope bosonique, contenant jusqu’à 1000 atomes a T=TF= 0.66± 0.08. Nous avons obtenu de nouveaux résultats sur la thermodynamique d'un condensat de Bose Einstein (CBE) avec degré de liberté de spin. En refroidissant rapidement un gaz thermique multi-composante, nous observons que la dynamique de condensation est affectée par les collisions d'échange de spin. Nous démontrons aussi un nouveau mécanisme de refroidissement, utilisant le degré de liberté de spin, lorsque le CBE est produit dans le niveau de spin de plus basse énergie. Les interactions dipolaires peuplent thermiquement les états de spin excités à bas champ magnétique, et une purification du CBE est obtenue en retirant sélectivement ces atomes. Enfin nous présentons des expériences de dynamique de spin. Dans une première expérience, cette dynamique est obtenue en utilisant un double puits avec des états de spin opposés. Ceci a permis une première mesure d'une des longueurs de diffusion du ⁵²Cr: ɑo = 13.5 ±¹⁵ ₁₀ aB. Nous présentons également des résultats préliminaires dans un piége harmonique et dans un réseau3D. La dynamique de spin est produite par rotation du spin des atomes. La comparaison avecla théorie nous permet de mettre en évidences l'apparition de corrélations quantiques
This thesis presents experimental results performed with Quantum gases of Chromium atoms. The specificity of Chromium resides in its large electronic spin S=3 and non negligible dipole-dipole interaction (DDI) between atoms. We produced a new quantum gas, a Fermi sea of the ⁵³Cr isotope. Optimization of the co-evaporation with the ⁵²Cr bosonic isotope leads to 10³ atoms at T=TF= 0.66± 0.08. We obtained new results on thermodynamics of a spinor Bose gas. By "shock cooling" a thermal multi-spin component gas, we find that the dynamics of the BEC is affected by spin changing collisions. We also demonstrate a new cooling mechanism based on the spin degrees of freedom when the Bose Einstein condensate (BEC) is in the lowest energy spin state. Dipolar interactions thermally populate spin excited states at low magnetic field. Purication of the BEC is obtained by selectively removing these thermal atoms. Finally, we present spin dynamics experiments. spin following preparation of atoms in a double well trap in opposite stretch spin states allow to measure the last unknown scattering length of ⁵²Cr: ɑo = 13.5 ±¹⁵ ₁₀ ɑB (with ɑB the Bohr radius). We then present preliminary results performed in a 3D lattice and in the bulk, where spin excitation is performed by a spin rotation. We investigate for different experimental congurations which of a theory with or without quantum correlations ts best our data

La fiabilité de fourniture est une caractéristique essentielle des systèmes électriques : elle évalue leur capacité à se prémunir d'incidents d'exploitation et repose sur leurs réserves dynamiques, caractérisées par le plan de tension et la fréquence et dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. Or, les exercices de prospective long terme, s'intéressant à l'évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, ne permettent pas d'apprécier cette fiabilité de fourniture et les systèmes électriques proposés sur l'horizon prospectif peuvent alors de ne plus la garantir. Ceci d'autant plus que l'intégration massive d'énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l'intermittence. L'enjeu de notre étude est de rendre compatible l'évaluation de la fiabilité avec la dynamique temporelle associée aux exercices prospectifs de long terme. Nous proposons une représentation agrégée des systèmes électriques élaborée à travers une description thermodynamique de l'électromagnétisme. Cette approche nous permet d'établir deux indicateurs de fiabilité relatifs aux réserves dynamiques du système électrique et donc de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d'un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé. L'intérêt des indicateurs est démontré pour l'île de La Réunion où l'étude de la fiabilité du système électrique est réalisée sur les résultats issus de l'exercice de prospective long terme avec le modèle TIMES. Ce cas d'étude illustre particulièrement bien notre problématique puisque les acteurs publics de l'île se sont fixé pour objectif un mix de la production d'électricité en 2030 issu de 100% d'énergies renouvelables. L'analyse de ce scénario, et de quelques variantes, montre que les niveaux des réserves dynamiques diminuent avec l'intégration massive d'énergies renouvelables et qu'ils sont particulièrement préoccupants pendant la journée, lorsque la production intermittente est importante. On illustre ainsi comment, grâce à la mise en œuvre de nos indicateurs, il est désormais possible de discuter les conditions dans lesquelles la fiabilité continuerait à être assurée et à quel niveau, ce qui permet d'arbitrer entre l'ambition de décarbonation du mix électrique et la qualité de fourniture attendue
A reliable power supply is crucial for operating power systems. Defined as the ability of power systems to lock back into a steady-state condition after sudden disturbance (e. G. Load or production fluctuations), reliability is usually ensured through appropriate management of voltage and frequency and involves events whose time scales range from a few milliseconds to a few hours. However, energy planning models, which focus on power systems' long-term development (typically several decades), largely ignore reliability requirements and may consequently provide unrealistic options in this area. Yet this aspect is of tremendous importance, especially when high shares of renewable energy sources, and in particular intermittent energy sources, are expected in electricity production and may threaten supply reliability. To overcome this drawback, we propose assessing the reliability of supply when evaluating power systems' long-term development. We achieve a global description of power systems relying on variational principles deduced from thermodynamics. The approach provides two reliability indicators related to the dynamic properties of the whole system, namely the magnetic and kinetic reserves available in the system, thus quantifying in an original way the reliability of power supply for a given production mix. The relevance of the indicators is demonstrated through a prospective analysis of Reunion Island, which is targeting an electricity production mix with 100% renewable energy sources by 2030. We use a TIMES model to provide the electricity sector's responses to this scenario and to different assumptions. Results show that the levels of magnetic and kinetic reserves decrease with the integration of renewable energy sources, and that the levels of the reserves are critically low during the day, when intermittent energy sources can represent up to two thirds of the electricity production. This work thereby illustrates how we can use the two indicators to debate the most appropriate conditions for ensuring the reliability of supply, and makes it possible to choose between the targets of decarbonizing the electricity mix and maintaining an expected level of reliability

La fiabilité de fourniture est une caractéristique essentielle des systèmes électriques : elle évalue leur capacité à se prémunir d'incidents d'exploitation et repose sur leurs réserves dynamiques, caractérisées par le plan de tension et la fréquence et dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. Or, les exercices de prospective long terme, s'intéressant à l'évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, ne permettent pas d'apprécier cette fiabilité de fourniture et les systèmes électriques proposés sur l'horizon prospectif peuvent alors de ne plus la garantir. Ceci d'autant plus que l'intégration massive d'énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l'intermittence. L'enjeu de notre étude est de rendre compatible l'évaluation de la fiabilité avec la dynamique temporelle associée aux exercices prospectifs de long terme. Nous proposons une représentation agrégée des systèmes électriques élaborée à travers une description thermodynamique de l'électromagnétisme. Cette approche nous permet d'établir deux indicateurs de fiabilité relatifs aux réserves dynamiques du système électrique et donc de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d'un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé. L'intérêt des indicateurs est démontré pour l'île de La Réunion où l'étude de la fiabilité du système électrique est réalisée sur les résultats issus de l'exercice de prospective long terme avec le modèle TIMES. Ce cas d'étude illustre particulièrement bien notre problématique puisque les acteurs publics de l'île se sont fixé pour objectif un mix de la production d'électricité en 2030 issu de 100% d'énergies renouvelables. L'analyse de ce scénario, et de quelques variantes, montre que les niveaux des réserves dynamiques diminuent avec l'intégration massive d'énergies renouvelables et qu'ils sont particulièrement préoccupants pendant la journée, lorsque la production intermittente est importante. On illustre ainsi comment, grâce à la mise en œuvre de nos indicateurs, il est désormais possible de discuter les conditions dans lesquelles la fiabilité continuerait à être assurée et à quel niveau, ce qui permet d'arbitrer entre l'ambition de décarbonation du mix électrique et la qualité de fourniture attendue.

Les systèmes fortement corrélés, pouvant adopter des phases surprenantes de la matière, émergent dans le domaine des atomes ultra-froids ou dans celui de l’électrodynamique quantique en cavité (CQED). Ceux-ci sont au centre d’intenses travaux expérimentaux et théoriques. Dans cette thèse, nous présentons une étude de deux modèles de bosons avec deux ou zéro états internes. Ceux-ci peuvent se déplacer sur un réseau, et sont localement couplés avec des spins 1/2. Notre intérêt réside dans la détermination du diagramme de phase de l’état fondamental de ces systèmes ainsi que de l’étude des propriétés de phase et des transitions entre ces dernières. Nous avons utilisé deux outils : une approximation de champ moyen et des simulations de Monte-Carlo quantique, qui fournit des résultats numériquement exacts. Le premier modèle, appelé modèle de Kondo bosonique sur réseau, s’inscrit dans le contexte des atomes ultra-froids sur réseau. Nous trouvons que sa physique est proche de celle du modèle de Bose-Hubbard, présentant des phases de Mott et superfluide. Le couplage local renforce le caractère isolant et on observe l’émergence de phases magnétiques au travers de couplage direct ou indirect entre bosons et/ou spins. Les effets thermiques, inhérents à tout dispositif expériemental, sont aussi étudiés. Le second modèle s’inscrit dans le domaine de la CQED sur réseau, décrit un régime de couplage ultra-fort entre des photons et des atomes, et est appelé modèle de Rabi sur réseau. Le diagramme de phase présente juste deux phases : une phase cohérente dans laquelle les spins locaux s’ordonnent ferromagnétiquement ainsi qu’une phase incohérente compressible paramagnétique
Strongly correlated systems, where new surprising phases of matter may appear both in the context of ultra-cold atoms and cavity quantum electrodynamics, are the focus of intense experimental and theoritical activity. In this thesis we present a study of two models of bosons with two or zero internal states, that is to say spin-1/2 or spin-0 bosons. These particles can move around a lattice, and they are locally coupled to immobile spins 1/2. Our interest was to determine the ground state phase diagram, study phase properties and quantum phase transitions. We used two methods: an approximate one using a mean field approach and the other using quantum Monte-Carlo simulations, which provides numerically exact results. The first model, namely the bosonic Kondo lattice model, is in the context of ultra-cold atoms in optical lattices. We found that its physics is close to that of the Bose-Hubbard model, exhibiting Mott and superfluid phases. The local coupling strengthens the insulating behaviour of the system and magnetism emerges through indirect or direct coupling between bosons. Thermal effects, inherent in experiments, are also studied. The second model, which is in the context of light-matter interaction, describes a situation of an ultra-strong coupling between spin-0 bosons (photons) and local spins 1/2 (two levels atoms) and is known as the Rabi lattice model. The phase diagram generally consists of only two phases: a coherent phase and a compressible incoherent one. The locals

Many complex systems arising from nature and human society can be described as complex networks. In this dissertation, on the basis of complex network theory, we pay attention to the topological structure of complex network and the dynamics on it. We established models to investigate the influences of the structure on the dynamics of networks and to shed light on some peculiar properties of complex systems. This dissertation includes four parts. In the first part, the empirical properties (degree distribution, clustering coefficient, diameter, and characteristic path length) of urban road network of Le Mans city in France are studied. The degree distribution shows a double power-law which we studied in detail. In the second part, we propose two models to investigate the possible mechanisms leading to the deviation from simple power law. In the first model, probabilistic addition of nodes and links, and rewiring of links are considered; in the second one, only random and preferential link growth is included. The simulation results of the modelling are compared with the real data. In the third part,the probabilistic uncertainty behavior of double power law distribution is investigated. The network optimization and optimal design of scale free network to random failures are discussed from the viewpoint of entropy maximization. We defined equilibrium network ensemble as stationary ensembles of graphs by using some thermodynamics like notions such as "energy", "temperature", "free energy" for network. In the forth part, an union-division model is established to investigate the time evolution of certain networks like cultural or economical networks. In this model, the nodes represent, for example, the cultures. Several quantities such as richness, age, identity, ingredient etc. are used to parameterize the probabilistic evolution of the network. The model offers a long term view on the apparently periodic dynamics of an ensemble of cultural or economic entities in interaction.

Ce travail concerne la caractérisation des réactions de multifragmentation induites dans les collisions centrales de Xe+Sn à 32 MeV /A mesurées avec le détecteur INDRA. Cette caractérisation informe sur le degré d'équilibration. Un aspect crucial pour ces études est la sélection des événements. Dans cette étude deux approches ont été utilisées pour la sélection des collisions d'intérêt. La première approche s'appuie sur des sélecteurs de centralité (angle de flot, angle d'émission du plus gros fragment, multiplicité totale de particules chargées). La seconde approche qui constitue une innovation dans le domaine de la physique nucléaire est l'utilisation des cartes auto-organisées de Kohonen. Cette méthode permet un classement en topologie des événements sans utiliser explicitement des variables reliées à la forme. Les deux méthodes de sélection indiquent la coexistence d'au moins deux niveaux de dissipation dans les collisions les plus centrales. La méthode des cartes auto-organisées permet de déconvoluer ces processus. L'échantillon associé au processus de multifragmentation et à la plus grande conversion de l'énergie initiale représente 5% (250 mb) de la section efficace totale de réaction. Quelle que soit la méthode de sélection la forme moyenne de la source est allongée dans la direction du faisceau. Ce résultat signe une relaxation incomplète du degré de liberté de forme. Les données expérimentales sont comparées avec un modèle de multifragmentation statistique (SMM) incluant la déformation de la source et une énergie collective d'expansion. La caractérisation des réactions de multifragmentation en terme de taille, d'énergie d'excitation d'énergie collective d'expansion et de déformation est indépendante du mode de sélection utilisé. De cette comparaison on déduit que 70% de l'énergie disponible et 83% des nucléons du système initial ont été équilibré durant la réaction.

Notre équipe a obtenu en 2007 un condensat de Bose-Einstein de chrome 52Cr, élément possédant un fort moment magnétique dans son état fondamental. Cette propriété du chrome permet l'étude des effets sur ces systèmes quantiques de l'interaction entre dipôles magnétiques. Cette interaction se démarque de celles dominant habituellement la physique d'un condensat, dîtes de van der Waals, par son caractère longue portée et son anisotropie. Nous avons montré expérimentalement un décalage des fréquences d'oscillations collectives du condensat : la présence d'interaction dipolaire modifie la réponse du condensat à de faibles excitations. Nous avons également étudié les collisions inélastiques provoquées par l'interaction dipôle-dipôle, appelées relaxation dipolaire. Nous avons mesuré le taux de ce processus en fonction du champ magnétique, ce qui nous a notamment permis de déduire les longueurs de diffusion a6 = (103 +/- 4) aB et a4 = (64 +/- 4) aB du chrome. Nous avons aussi étudié la relaxation dipolaire en présence de réseaux optiques permettant de restreindre une ou plusieurs dimensions spatiales du système : nous mesurons une réduction du taux de collisions en dimensions réduites, voire même une annulation en géométrie cylindrique (1D). Enfin, nous avons observé une transition de phase quantique à très bas champ magnétique (B ~ 250 µG), entre un condensat de nature ferromagnétique et un condensat spinoriel non polarisé. Nous avons étudié la dynamique, fixée par l'interaction dipolaire, de démagnétisation du condensat lors de cette transition de phase, ainsi que la thermodynamique d'un tel spineur à magnétisation libre.

Dans ce travail, nous avons présenté notre contribution portant sur la modélisation et le contrôle a priori de congestion des réseaux de carrefours signalisés. De point de vue de la modélisation, nous avons introduit un nouveau regard sur les systèmes de transport en proposant un premier travail sur la manière dont les liens se tissent entre ces systèmes et la thermodynamique. Le point de vue dominant est l'assimilation des véhicules à l'énergie fournie ou/et échangée entre les intersections signalisées. L'avantages majeur de la modélisation thermodynamique est l'introduction de la notion d'entropie du transport mesurant le désordre du système. Elle peut être considérée non seulement comme un moyen pour la compréhension des phénomènes du trafic, mais aussi comme un outil d'évaluation surtout lorsqu'il s'agit de traiter des réseaux de grande taille. De point de vue du contrôle, nous nous sommes intéressés essentiellement à un travail en amont permettant d'éviter la congestion en forçant les files d'attente à ne pas dépasser le niveau du trafic correspondant à l'optimum opérationnel des lignes. Nous avons traité le problème de deux façons différentes. La première fait appel à l’approche de la commande dissipative. Nous avons exploité cet outil pour arriver à des résultats théoriques dont la vérification permet de conclure sur la possibilité de dissiper les véhicules au moyen d'une action de la commande adéquate. L'existence d'une commande dissipative est caractérisée par la faisabilité de certaines inégalités matricielles linéaires (LMI). La deuxième façon de traiter notre problème de commande fait appel à la commande H∞. Nous avons tiré profit de cet outil pour développer des résultats assurant l'invariance positive en boucle fermée d'un domaine ellipsoïdal contenu dans l'ensemble des contraintes. Le test d'existence et le calcul d'une loi de commande robuste par retour d'état peut alors se faire de façon simple par la résolution d'un problème de programmation linéaire convexe. Enfin, ses travaux ont été appliqués sur deux types de réseaux de carrefours, artériel et en grille afin de montrer l'intérêt des résultats
In this work, we have presented a thermodynamic point of view for the transportation network. Analogies have been drawn between thermodynamic and transportation systems by considering traffic lanes as thermodynamic sub-systems and the vehicles as the abstract energy supplied to them. In addition, the concepts of thermal capacity and temperature are also introduced into transportation context to correspond to lane capacity and occupancy respectively. Then, it has been demonstrated that the first law of thermodynamics corresponds to the conservation of vehicles. It is also demonstrated that the transportation network can have a similar notion of entropy. Such transportation entropy is a measure of disorder of the system and hence may provide deep insight in the analysis of transportation control problems. In particular, this work has presented a dissipativity phenomenon of transportation entropy that reduces the system disorder and hence renders the system better organized. Though this phenomenon doesn’t exist naturally in transportation context, the ways to construct feedback control strategies have been proposed to achieve such objective by means of Linear Matrix Inequalities (LMIs). However, since transportation systems involve massive complex human activities, there exist substantial unpredictable uncertainties of the traffic demands. In this context, we have proposed a robust controller for disturbance attenuation of transportation network. The errors between input flows and the nominal ones are considered as disturbances and a constrained H∞ control has been formulated in terms of maximization of the tolerance under control constraints. The problem of disturbance attenuation is solved by means of a convex optimization with Linear Matrix Inequality. Finally, two types of networks (arterial and grid) are carried out to illustrate the performances of our strategies

Dans un contexte actuel visant à réduire les consommations d’énergies, il est nécessaire dans de nombreux domaines industriels de développer de nouveaux matériaux tels que les alliages métalliques multi-constitués. Leur caractérisation d’une manière purement expérimentale devenant rapidement impossible à réaliser, les outils de simulation numériques deviennent incontournables. A ce titre, l’approche CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) constitue l’outil numérique le plus adapté pour traiter d’un point de vue thermodynamique les systèmes multi-constitués. Il s’agit d’une méthode semi-empirique permettant de décrire par des fonctions mathématiques les énergies de Gibbs des phases d’un système en ajustant certains paramètres à partir d’un ensemble d’informations relatives aux équilibres ente phases ou aux propriétés thermodynamiques et structurales. Basé sur le modèle de sous-réseaux, le Compound Energy Formalism (CEF) est largement utilisé dans les modélisations de type CALPHAD afin de décrire l’énergie de Gibbs de phases qui présentent plusieurs sous-réseaux. Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution au développement d’une Nouvelle Approche du Compound Energy Formalism (NACEF) qui vise à accroître son potentiel. Dans ce mémoire est présentée la nouvelle approche NACEF dans le cas des phases binaires à multiple sous-réseaux qui présentent des défauts de type anti-site. Nous avons appliqué NACEF dans la modélisation de 2 systèmes binaires afin d’en démontrer le potentiel et en particulier son aptitude à rendre compatibles les simplifications de modèle. Il s’agit du système Fe-Nb dans lequel la phase de Laves C14 a été décrite par le modèle à 3 sous-réseaux et du système Co-Cr où la phase σ a été modélisée avec 5 sous-réseaux. Dans le dernier chapitre, nous proposons une méthode d’extrapolation basée sur NACEF qui permet d’obtenir une estimation des énergies des configurations ordonnées d’une phase multi-constituée à partir de celles des configurations binaires. Les résultats obtenus sur de nombreux systèmes dans le cas des phases C14 et σ indiquent une forte corrélation entre les valeurs extrapolées et celles obtenues par DFT
In a current context of reducing energy consumption, it is necessary in many industrial fields to develop new materials such as multi-compound metal alloys. Their characterization in a purely experimental way quickly becomes impossible to realize, digital simulation tools become unavoidable. As such, the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) approach is the most appropriate numerical tool for thermodynamic processing of multi-constituent systems. This is a semi-empirical method for describing the Gibbs energies of the phases of a system by mathematical functions by adjusting certain parameters from a set of information relating to the equilibrium phase or the thermodynamic and structural properties. Based on the sublattice model, Compound Energy Formalism (CEF) is widely used in CALPHAD modeling to describe Gibbs energy of phases that have multiple sublattices. The work presented in this dissertation is a contribution to the development of a New Approach to Compound Energy Formalism (NACEF) that aims to increase its potential. In this thesis, the new NACEF approach is presented in the case of multi-subnet binary phases with anti-site defects. We applied NACEF in the modeling of 2 binary systems in order to demonstrate its potential and in particular its ability to make model simplifications compatible. This is the Fe-Nb system in which the Laves C14 phase has been described by the 3-sublattice model and the Co-Cr system where the σ phase has been modeled with 5 sublattices. In the last chapter, we propose an extrapolation method based on NACEF which allows to obtain an estimate of the energies of the ordered configurations of a multi-constituted phase from those of the binary configurations. The results obtained on many systems in the case of the C14 and σ phases indicate a strong correlation between the extrapolated values and those obtained by DFT

La performance énergétique est un pilier pour réduire l'utilisation d'énergie non renouvelable, en plus de l'utilisation des énergies renouvelables. En fait, les bâtiments sont au cœur de la politique des performances énergétiques de l'UE puisque 40% de la consommation finale d'énergie et 36% des émissions de gaz à effet de serre provient des bureaux, magasins et autres bâtiments. Les bâtiments peuvent être considérés comme des systèmes dynamiques et le transfert de la chaleur dans les bâtiments peut être représenté en utilisant des modèles dynamiques. De cette façon, le transfert de la chaleur dans les bâtiments peut être décrit par des réseaux thermiques obtenus en utilisant la théorie des graphes et de la thermodynamique, et peuvent être déduits de l'équation de la chaleur classique. Les réseaux thermiques peuvent être exprimés comme un système d'équations différentielles et algébriques (DAE) qui peut être transformé en représentation d'état et obtenir un fonction de transfert à partir de laquelle un modèle autorégressif avec des variables exogènes (ARX) peut être obtenu. Ces différentes structures de modèle peuvent être utilisées pour identifier les paramètres physiques des réseaux thermiques, ce qui implique que la méthode peut être utilisée pour identifier la performance intrinsèque des bâtiments et aider à la réduction de la consommation d'énergie dans les bâtiments.Cela peut faciliter l'évaluation de la performance énergétique des bâtiments dans un cadre reproductible qui permet la comparaison entre différentes solutions constructives.Les principales contributions originales de cette thèse sont: 1) les réseaux thermiques sont présentées à partir de la théorie des graphes et de la thermodynamique, sans considérer l'analogie thermique-électrique; 2) l'équation classique de la chaleur est reliée explicitement avec un système de DAE (réseau thermique) par les éléments finis; 3) différentes transformations pour déduire des modèles du transfert de la chaleur avec signification physique, à partir de l'équation de la chaleur classique, sont présentées toutes ensemble; 4) les transformations entre les modèles sont effectuées à partir des réseaux thermiques jusqu’aux modèles autorégressifs avec des variables exogènes (ARX) et vice-versa; et 5) un critère de sélection de l'ordre du modèle par une analyse de fréquence des mesures est proposé
Energy efficiency is one of the two pillars to decrease the use of non-renewable energy besides the use of renewables energies. In fact, buildings are central to the EU's energy efficiency policy, as nearly 40% of the final energy consumption and 36% of greenhouse gas emissions take place in houses, offices, shops and other buildings. Buildings may be considered as dynamic systems and heat transfer in buildings may be represented using dynamic models. In this way, heat transfer in buildings may be described by thermal networks which may be stated considering graph theory and thermodynamics, and may be deduced from the classical heat equation. Thermal networks may be expressed as a system of linear differential algebraic equations (DAE) and the system of linear DAE may be transformed into a state-space representation from which an autoregressive model with exogenous (ARX) can be obtained. These different model structures may be used for identifying the physical parameters of thermal networks which implies that this methodology may be useful for identifying the intrinsic performance of buildings and tackling the reduction of non-renewable energy consumption in buildings. This may facilitate the assessment of energy efficiency of buildings within a reproducible framework which allows the comparison between different constructive solutions.The main original contributions of this dissertation are: 1) thermal networks are stated from graph theory and thermodynamics, leaving back the thermal-electrical analogy; 2) classical heat equation is connected explicitly to a system of DAE (thermal network) by using the finite elements; 3) the transformations for deducing heat transfer models with physical meaning from the classical heat equation are put altogether; 4) transformations between models may are done from thermal networks to autoregressive models with exogenous (ARX) and back; and 5) a criterion for selecting the order of the model by frequency analysis of measurements is proposed

La biologie synthétique promet de révolutionner la façon dont les scientifiques manipulent et analysent les systèmes vivants. Dans ce projet, nous proposons de développer une nouvelle classe de réseaux de gènes synthétiques, basée sur la compétition entre la forme active et inactive d'un facteur de transcription synthétique. Afin de déterminer les paramètres moléculaires et les topologies requises pour une fonction voulue, nous utilisons une approche in silico évolutionnaire couplée à de la modélisation. Avec cette méthodologie, nous voulons construire des circuits à multiples entrées, ainsi que de nouveaux réseaux bistables et oscillatoires. Cette nouvelle classe de réseaux pourra par la suite être étendue à des réseaux multi-cellulaires montrant des motifs dissymétriques ou oscillatoires. Ce projet fondamental à l'interface entre la modélisation et la validation expérimentale permettra de promouvoir le développement de circuits avancés avec des applications prometteuses en diagnostique, en thérapie génique et en ingénierie tissulaire avancée
Synthetic biology, by its engineering approach, promise to revolutionize the way scientists manipulate and analyze living systems. In this project, we propose to develop a new class of synthetic gene circuits whose fine tuning rely on the affinity competition between active and inactive forms of a transcription factor. Modelling, together with an in silico evolutionary approach, will be used to determine molecular parameters and network topologies required for a given functionality. Circuits will be assembled accordingly and their expression in mammalian cells measured to confirm the expected response or correct our model. Using this methodology, we plan to build multi-inputs circuits with tunable response function, as well as new bistable and oscillatory circuits. The new investigated class of circuits will also be extended to multi-cellular networks exhibiting symmetry breaking or oscillating patterns. This fundamental project bridging modelling and experimental validation will promote the development of advanced targeting circuits with promising applications in diagnosis, gene therapy and complex tissue engineering

Dans les domaines de l'analyse, du contrôle et de la mesure physique, le laser constitue un outil métrologique particulièrement puissant et polyvalent, capable d'apporter des réponses concrètes à des problématiques variées, y compris d'ordre sociétal. Parmi ces dernières, la contamination des sites et des sols par les métaux lourds est un enjeu de santé publique important qui requiert de disposer de moyens de mesure adaptés aux réglementations existantes et suffisamment souples d'utilisation. Technique rapide et ne nécessitant pas de préparation de l'échantillon, la spectroscopie sur plasma induit par laser (LIBS) présente des avantages très intéressants pour réaliser des mesures sur site de la teneur en métaux lourds à l'échelle de la dizaine de ppm; la conception d'un appareil portable à moyen terme est envisageable.
Dans cette thèse nous montrons d'abord que le régime femtoseconde ne présente pas d'avantages par rapport au régime nanoseconde standard pour notre problématique. Ensuite nous mettons en œuvre un traitement avancé des spectres LIBS par des méthodes chimiométriques dont les performances améliorent sensiblement les résultats des analyses qualitatives et quantitatives d'échantillons de sols.

Le développement de simulateurs de procédés alimentaires est limité par le manque d’outils permettant de prédire les propriétés physicochimiques (pH, aw, Eh) dans les aliments. Les aliments sont généralement des milieux très complexes contenant un nombre élevé de constituants (eau, solvants organiques, solides dissous, gaz dissous, espèces ioniques, macromolécules), et ces propriétés sont essentielles pour caractériser leur qualité technologique, sanitaire et organoleptique. Cependant, elles évoluent au cours d’un procédé de transformation ou de conservation. La prédiction de ces propriétés physicochimiques passe par la détermination de potentiels chimiques. Une approche de modélisation basée sur la thermodynamique est utilisée pour prédire l’évolution du pH et de l’aw de produits carné et produits laitiers dans certaines conditions rencontrées en industrie alimentaire. En s’appuyant sur le modèle ULPDHS développé par Achard en 1992 pour les milieux liquides, ce travail a nécessité la création de molécules fictives à ayant le même comportement que les aliments modélisés. La cohérence entre les données expérimentales et les données prédites est satisfaisante, le modèle thermodynamique permet de prédire correctement le pH et l’aw des différents milieux étudiés. Cependant l’intégration du modèle thermodynamique dans un simulateur de procédé nécessite la création d’un réseau de neurone mimétique du modèle thermodynamique. En conséquent a été développé un réseau de neurones dont les sorties sont identiques aux sortie du modèle thermodynamique. Ainsi il est possible d’intégrer les résultats du modèles thermodynamique dans un simulateur de procédé sans trop rallonger les temps de simulations. Les résultats obtenus dans ce travail peuvent être une aide importante à la formulation de nouveaux produits. Le modèle étant entièrement prédictif, il est possible de déterminer l’effet d’une modification de composition de l’aliment sur le pH et l’aw
The development of food process simulators is actually limited by absence of tools that can predict de evolution of the physical-chemical properties (pH, aw, Eh) in food. Food are generallymulticomponent medias (including water, organic solvents, dissolved solids, dissolved gases, ionic species, macromolecules), and these properties are essential to characterize technological, sanitary and organoleptic qualities. However, these physical-chemical properties change during transformation or preservation process. The prediction of these properties requires the determination of chemical potentials. Thermodynamic approach is used to predict pH and water activity of meat and dairy products in different condition encountered in the food industry. Based on the model ULPDHS developed by Achard in 1992 for liquid medias, this work required the creation of fictive molecule who have the same behavior as modeled food. Consistency between the experimental data and the predicted data is very satisfactory, the thermodynamic model correctly predict the pH and aw of different products studied. The integration of the thermodynamic model in a process simulator requires the creation of a mimetic neural network. Therefore, was developed a neural network whose outputs are identical to the output of the thermodynamic model. So it is possible to integrate the results of thermodynamic models in a process simulator without too lengthen the time simulations. The results obtained in this work can be an important aid to the formulation of new products. The model is completely predictive and it is possible to determine the effect of a change in the composition of the feed on the pH and aw

Dans le domaine des génies du procédés, les propriétés volumétriques accompagnées de valeurs d'équilibre entre phases, interviennent pour définir la taille et les propriétés des différentes opérations unitaires impliquées. Le présent travail vise principalement à automatiser un appareillage basé sur la densimétrie à tube vibrant, appareillage servant aux mesures simultanées d'équilibres en phase et des propriétés volumétriques. Ce densimètre travaille dans un très large domaine de pressions (du vide à 70 MPa) et à des températures entre 253.15 et 423.15 K. L'automatisation a pour but d'assurer une meilleure sécurité aux opérateurs, de permettre une plus grande décision des résultats obtenus et de générer beaucoup de résultats sans surveillance particulière. L'automatisation concerne en premier lieu l'introduction contrôlée du fluide à partir de la réserve de chargement via deux vannes qui travaillent en alternance, puis le pilotage d'un suppresseur connecté à un motoréducteur compresser et détendre très vivement la phase liquide. La vitesse de compression et la détente est contrôlable à partir de l'intervalle de délai d'alimentation entre les deux vannes de chargement et du réglage de la vitesse de rotation du motoréducteur. Les variations de pression sont désormais ajustables à des valeurs inférieures à 0.001 MPa/s. Ceci est tout à fait précieux dans le cas de fluides proches des conditions critiques où les effets thermiques sont marqués, comme il est prouvé à l'intérieur du manuscrit. Des vannes automatiques ont également été ajoutées pour protéger des capteurs de pression. Un programme a été écrit pour piloter l'ensemble de l'installation et acquérir et traiter les valeurs de grandeurs mesurées. L'appareillage a été utilisé avec succès pour des mesures sur le système : dioxyde de carbone + osipropanol. Une étude complète des propriétés volumétriques du mélange CO2 + isopropanol a été réalisé. Le mélange a été étudié dans une plage de températures de 308 à 348 K et à des pressions allant jusqu'à 15 MPa. Une modélisation des résultats expérimentaux est présentée et comparée avec des données de la littérature. Les réseaux de neurones ont été utilisés pour représenter les propriétés volumétriques du mélange, ainsi que les propriétés dérivées du dioxyde de carbone (enthalpie, entropie et la capacité calorifique). Les résultats montrent une très bonne capacité du réseau de neurones à estimer ses propriétés volumétriques et les propriétés dérivées via une phase d'entraînement et une phase de validation. Parallèlement, une étude sur la détection de la formation d'hydrate a été effectuée dans le but de connaître la possibilité de détection de l'apparition de solides dans des milieux par densimétrie à tube vibrant.

Bien que la cristallisation sous tension du caoutchouc naturel ait fait l'objet de nombreuses investigations expérimentales au cours du dernier siècle, et notamment dans les quinze dernières années, les résultats obtenus ne permettent toujours pas d'aboutir à une compréhension fine des mécanismes physiques en jeu, limitant la modélisation à des approches phénoménologiques. La présente thèse vise à élaborer un modèle rendant qualitativement compte des phénomènes observés lors d'un essai de traction uniaxiale du caoutchouc naturel. Dans un premier temps, une chaîne représentative modélise le réseau amorphe dont l'inhomogénéité est exprimée au travers de la distribution des longueurs des chaînes polymères qu'on suppose déformées à force égale. Les conditions de cristallisation et de fusion sont ensuite définies par la thermodynamique de changement de phase classique à laquelle est ajouté le caractère enchevêtré du réseau ; les conditions obtenues éclaircissent notamment la relation entre la déformation et la température lors de la fusion des cristallites. Finalement, un modèle de chaîne semicristallisée associant l'inhomogénéité des chaînes amorphes et l'hétérogénéité due à la présence de la phase cristalline est proposé, puis inclus dans une loi de comportement de type full-network dont les équations sont adaptées en conséquence. Ce travail aboutit à un modèle thermo-mécanique complet permettant de décrire qualitativement la réponse du caoutchouc naturel, ainsi qu'à une description interprétative originale de la cristallisation sous tension
Despite the numerous experimental inverstigations performed over the past century and more intensively in the last fifteen years, strain-induced crystallization taking place in natural rubber still remains hardly understood in its precise mechanisms, leading models to remain phenomenological ones. The present study aims to develop a physicallymotivated model which qualitatively reproduces physical phenomena observed during an uniaxial tensile test. Firstly, the amorphous network is assumed to deform in an equal-force manner, resulting in a representative chain encompassing the inhomogeneity of matter through the chain-length distribution. Secondly, based on classical thermodynamics and on the entangled nature of the polymer network, both crystallization and fusion conditions are established. Moreover the derivation of the equilibrium point of a finite crystallite in a deformed network clarifies the tight relation between deformation and temperature during fusion. Finally, a semi-crystallized chain is defined, accounting for both the inhomogeneity of the amorphous phase and the heterogeneity due to the presence of a crystalline phase. This chain is included in a modified full-network model, initially dedicated to amorphous networks. This work leads to a complete thermo-mechanical constitutive equation which qualitatively reproduces the response of natural rubber in tension, but also to an original interpretative description of strain-induced crystallization

L'affinite du c60 pour certaines familles de metaux de transition ouvre un champ d'investigation nouveau, encore inexplore. Les valeurs theoriques fortement negatives des enthalpies de reaction, issues d'un formalisme de transfert de charge pur, permettent d'envisager l'intercalation de la plupart des elements de la serie 4f dans le reseau du c60. La synthese de nouveaux composes d'intercalation a partir des elements sm, eu et yb donne naissance a deux types de phases en fonction du rapport stoechiometrique metal/fullerene, pour lesquelles le sous-reseau du fullerene est caracterise par des empilements quasiment cubique faces centrees ou cubique centre. La caracterisation magnetique de tels solides revele un transfert de charge quasi-complet dans le cas du sm et de l'eu, presents au degre d'oxydation +2 dans la matrice carbonnee, alors que la nature des phases a base d'ytterbium est plutot de type ionocovalent. Les composes eu3c60 et eu6c60 presentent une temperature d'ordre magnetique voisine de 70 k, constituant un record absolu dans le domaine des composes d'intercalation du c60

Cette étude traite de l'existence de concentration Gaussienne pour des états d'équilibre suffisamment mélangeant sur réseau. De plus, nous montrons qu'une telle condition assure l'unicité de ceux-ci.Dans le premier chapitre, nous montrons que si un état d'équilibre associé à un potentiel invariant par décalage et absolument sommable satisfait la concentration Gaussienne alors il est à fortiori mélangeant et unique i.e. il ne peut y avoir transition de phase.Par la suite, nous étudions numériquement un modèle physique particulier autorisant une transition de phase à savoir le modèle d'Ising ferromagnétique en dimension deux. Nous évaluons les constantes de la concentration grâce à la simulation d'observables classiques à toute température. Grâce au comportement de ces paramètres, nous mettons spécialement en lumière la divergence de la constante de concentration Gaussienne à la température critique et nous en déduisons qu'une telle propriété ne peut exister.Puis, nous prouvons que l'existence de la concentration Gaussienne est satisfaite pour toute température supérieure à la température critique pour ce modèle.Ensuite, nous étudions un système dynamique symbolique unidimensionnel sur un alphabet fini: les chaînes à liaisons complètes. Nous étudions en particulier les propriétés de concentration de l'unique état d'équilibre associé à un potentiel (ou probabilité de transition) satisfaisant la condition de Walters.Enfin, nous traitons le régime de haut bruit pour des automates cellulaires probabilistes. Nous prouvons notamment que dans ce régime, ils satisfont la concentration Gaussienne pour une certaine classe d'observables spatio-temporelles
This thesis deals with the existence of Gaussian concentration for sufficiently mixing equilibrium states for lattice systems. Moreover, we show that such a property ensures uniqueness.In the first chapter, we show that if an equilibrium state associated to a shift-invariant and absolutely summable potential satisfies a Gaussian concentration bound then it is à fortiori mixing and unique em i.e. there is no phase transition.Thereafter, We study numerically a particular physical model which allows phase transition to occur: the ferromagnetic Ising model in two dimensions. We evaluate concentration constants through classical estimates at all temperature. Thank to the behavior of these parameters, we emphasize divergence of the Gaussian concentration constant at the critical temperature deduce that such property doesn't hold.Later on, we prove that the Gaussian concentration behavior holds for all temperature above the critical one for this model.Then, we dedicate a chapter to the study of an unidimensional symbolic dynamics on a finite alphabet: chains with complete connections. In particular, we study the concentration properties of a unique equilibrium state associated to a potential (or transition probability) satisfying Walters' condition.In the end, we review the high-noise regime in probabilistic cellular automata. In particular, we prove that in this regime, the probabilistic cellular automata satisfies a Gaussian concentration for a certain class of spatio-temporal observables

La voiture individuelle a permis d'agir directement sur les contraintes associées aux temps de déplacements en facilitant la mobilité individuelle et a engendré une évolution des villes qui se caractérise par des processus qui s'autoalimentent : une dispersion urbaine, une spécialisation fonctionnelle des zones et une croissance du trafic automobile. Le transport de masse conventionnel (métro, tramway, train léger), comme seule altemative à la dépendance automobile, s'adapte difficilement à cette nouvelle réalité pour répondre à une nubilité qui s'exprime variablement dans le temps et dans l'espace. Dans ce contexte, les Systèmes de Transport Cybemétiques (STC) se présentent comme une altemative technologique propice à répondre à cette mobilité collective individualisée en offrant, en tout temps, un service sur demande par le partage de véhicules autocratises fonctionnant en réseau. Si la voiture est synonyme de liberté individuelle, en revanche son utilisation privilégiée mène à un déséquilibre du système de mobilité qui se traduit par les phénomènes d'engorgements du réseau routier. A l'inverse, le transport de masse est stable à l'extrême en assujettissant les usagers à son mode opératoire rigide (corridors et cadences des véhicules préétablis). En rupture avec ces deux modes de fonctionnement, la dynamique du système de mobilité par STC repose sur la capacité à anticiper le besoin ainsi que sur la configuration des véhicules dans le réseau pour desservir adéquatement la demande individuelle formulée aux différents lieux du périmètre urbain desservi. Les résultats de la recherche ont montré que le besoin individuel en déplacements peut être appréhendé comme un phénomène chaotique. La reconstruction de l'espace d'encastrement à sept dimensions associées à la série chronologique du besoin en déplacements pour un édifice au centre-ville de Montréal permet de reconstruire le profil du besoin par pas de temps de deux minutes, à partir des évènements préalablement enregistrés. Basée sur la capacité des véhicules d'un STC d'emprunter l'ensemble des voies de guidages et l'identification des stations de départ et d'arrivée de chaque demande préalablement aux déplacements, l'application du principe du maximum d'entropie permet d'identifier les itinéraires individuels des véhicules, L'application du principe, développe partir des relations de l'entropie statistique et de la théorie de l'information, permet de diffuser les véhicules dans le réseau sous contrainte du respect des demandes des usagers et ainsi de minimiser le phénomène d'engorgement. Dans une approche dynamique de l'évolution du système, la configuration des véhicules dans un réseau STC se modifie en fonction des demandes et doit s'organiser pour répondre aux besoins à venir. Par analogie avec les systèmes naturels, l'application des principes thermodynamiques de l'enthalpie et de l'entropie permettent d'expliciter la relation entre le besoin en déplacement et l'état du système. Par raisonnement déductif, les résultats explicitent le principe d'une configuration des véhicules dans le réseau basée sur des critères caractérisant l'état du système dans sa globalité plutôt que sur des critères de proximité et de distances à parcourir. Les résultats obtenus sur la base de l'application des lois comportementales des systèmes naturels (phénomènes chaotiques et principes thermodynamiques) sont intégrables dans un modelé. Ce dernier, en tant qu'outil de représentation, permet de mettre en évidence les fonctionnalités dynamiques qui d'une part animent le système et, d'autre part en assurent la cohérence pour satisfaire les besoins individuels dans le temps et dans l'espace. Cette capacité de s'adapter aux caractéristiques du milieu dans lequel un STC est implanté, permet de générer une synergie avec les transports conventionnels pour une diversification de l'offre en transport collectif apte à s'adapter aux multiples dimensions de la demande individualisée en mobilité. Finalement, la démarche développée initie un changement de paradigme dans le domaine du transport collectif en privilégiant la variété des moyens (multiples modes et multiples itinéraires] pour rejoindre les différents lieux plut6t que la singularité d'un transport de masse. Ce changement de paradigme trouve également un écho en urbanisme ou une organisation multifonctionnelle des zones urbaines favorise une accessibilité de proximité diversifiée.

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l’optimisation d’une chaufferie collective multi-énergie en l’équipant d’un système de stockage thermique de type hydro-accumulation. L’efficacité de ce dernier dépend de sa capacité à conserver son énergie initiale. Ainsi, pour minimiser les pertes thermiques, le système de stockage doit être correctement isolé. Un modèle de ballon d’hydro-accumulation stratifié est développé et validé expérimentalement. Une étude paramétrique est menée afin d’étudier l’impact, sur les pertes thermiques, de paramètres géométriques et météorologiques. Ensuite, une approche de dimensionnement, fondée sur une stratégie de gestion séquentielle et une étude paramétrique est proposée. Plusieurs critères énergétiques et économiques peuvent ainsi être évalués pour différents volumes de stockage thermique. L’approche de dimensionnement proposée a été appliquée à plusieurs sites exploités par Cofely GDF-Suez, notre partenaire industriel. Les résultats obtenus montrent que le dimensionnement optimal du système de stockage et la gestion intelligente du procédé permettent d'optimiser le fonctionnement d’un site. Des économies énergétiques et financières importantes peuvent ainsi être réalisées. La stratégie de gestion séquentielle proposée n’anticipe pas les besoins du réseau de chaleur. C’est pourquoi une stratégie fondée sur la commande prédictive (MPC pour Model Predictive Control) est susceptible d’améliorer le fonctionnement et les performances d’une chaufferie collective équipée d’un système d’hydro-accumulation. Afin de mettre en œuvre un tel contrôleur, la puissance thermique demandée par le réseau de chaleur doit être correctement prédite. Par conséquent, une méthode de prédiction a été développée. Elle s’appuie sur une analyse multi-résolution par transformée en ondelettes discrète et sur l’utilisation de réseaux de neurones artificiels de type perceptron multicouche. La stratégie séquentielle (non prédictive) et la stratégie prédictive ont été appliquées à une chaufferie collective mixte située dans une commune du nord de la France. Pour ce cas d’étude, la stratégie prédictive est plus efficace. De plus, les résultats montrent que, quelle que soit la stratégie utilisée, équiper la chaufferie d’un système d’hydro-accumulation correctement dimensionné est un investissement rentable. Il permet de minimiser la consommation d’énergie fossile et, par conséquent, le coût économique et les émissions de CO2
The present work deals with optimizing a multi-energy district boiler by adding to the plant a thermal water storage tank. The effectiveness of such a system depends on how long the stored energy can be kept without considerable degradation. The storage tank should be properly insulated to reduce the rate of heat loss. Thus, firstly, a stratified water thermal storage model is developed and experimentally validated. A parametric study is carried out to determine the influence of geometric and meteorological parameters on heat loss. Next, a reliable sizing method based on a sequential management strategy and a parametric study is proposed. Various energy and economic criteria have been evaluated for a range of thermal storage sizes. The proposed methodology has been applied to many plants managed by Cofely GDF-Suez, our industrial partner. Results highlight the ability of a thermal storage tank (optimally sized and managed) to improve the operation of a multi-energy district boiler and realize significant energy and economic savings. The main drawback of the proposed sequential management strategy lies in not taking into account the future power demand. That is why a strategy based on a Model Predictive Controller (MPC) is likely to improve operation and performance. In order to implement such a controller, the power demand has to be accurately forecasted. As a consequence, a short-term forecast method, based on wavelet-based Multi-Resolution Analysis (MRA) and multilayer Artificial Neural Networks (ANN) is proposed. Both the sequential and the predictive strategies are applied to a northeast France multi-energy district boiler selected as a case study. The main result to retain is that the efficiency of water thermal storage tank is mainly related to its design and the way it is managed. For this case study, the predictive strategy regardless the size of the storage tank, the predictive strategy is more reliable. Furthermore, in all cases an adequately sized and managed thermal storage tank is a profitable investment. It allows the fossil energy consumption to be significantly reduced. The same remark applies to the functioning costs and CO2 emissions

Les systèmes intégrables quantiques ont des propriétés mathématiques qui permettent la détermination exacte de leur spectre énergétique. A partir des équations de Bethe, je présente la relation de Baxter «T-Q». Celle-ci est à l'origine des deux approches que j'ai prioritairement employé dans mes recherches, les deux basés sur des équations intégrales non linéaires, celui de l'ansatz de Bethe thermo- dynamique et celui des équations de Klümper-Batchelor-Pearce-Destri-de Vega. Je montre le chemin qui permet de dériver les équations à partir de certain modèles sur réseau. J'évalue les limites infrarouge et ultraviolet et je discute l'approche numérique. D'autres constantes de mouvement peuvent être établies, ce qui permet un certain contrôle sur les vecteurs propres. Enfin, le modèle d'Hubbard, qui décrit des électrons interagissants sur un réseau, est présenté en relation à la théorie de jauge supersymétrique N = 4. Dans la deuxième partie, je présente un modèle d'évolution darwinienne basé sur les machines de Turing. En faisant évoluer une population d'algorithmes, je peut décrire certains aspects de l'évolution biologique, notamment la transformation entre parties codantes et non-codantes dans un génome ou la présence d'un seuil d'erreur. L'assemblage des protéines oligomériques est un aspect important qui intéresse la majorité des protéines dans une cellule. Le projet «Gemini» que j'ai contribué à créer a pour finalité d'explorer les donnés structuraux des interfaces des dites protéines pour différentier le rôle des acides aminés et déterminer la présence de patterns typiques de certaines géométries.