Thèses sur le sujet « Transfert des champs »

L'objet du present memoire concerne les transferts de masse et de chaleur entre une paroi verticale saturee d'eau chaude et l'air ambiant. Afin de chiffrer l'influence du transfert de masse sur les transferts de chaleur, deux plaques, l'une seche l'autre humide, de meme dimensions, ont ete utilisees. La hauteur de ces plaques etant de 20 cm et les ecarts de temperature de l'ordre de la dizaine de degres, les nombres de rayleigh thermiques et massiques sont de l'ordre de 10#6, le nombre de lewis etant proche de l'unite. On expose les equations de conservation de la masse, de la quantite de mouvement, de l'energie et de la concentration des especes. Adoptant les hypotheses classiques de la couche limite bidimensionnelle en regime permanent, on aboutit aux solutions non-semblables representatives du probleme pose conformement aux resultats obtenus par ferreira. Les moyens de mesure utilises sont ensuite decrits en detail: l'interferometrie holographique en temps reel pour l'obtention du champ de temperature dans la couche limite et la velocimetrie laser a effet doppler pour celle du champ de vitesse. La derniere partie du memoire est consacree a la presentation des resultats experimentaux ainsi qu'a leur analyse critique. On releve d'abord que la comparaison theorie-experience donne toute satisfaction, sauf vers l'exterieur de la couche limite. Par ailleurs, la confrontation entre les resultats obtenus au voisinage de la plaque seche et ceux au voisinage de la plaque humide montre que les flux de chaleur obtenus par evaluation de la pente a l'origine du profil de temperature et les debits massiques sont sensiblement augmentes par la presence du transfert de masse. L'ensemble des resultats presentes constitue une justification solide de la modelisation numerique des echanges couples de chaleur et de masse proposee par ferreira

Ce travail presente l'etude experimentale des champs turbulents dans une couche limite supersonique soumise a un flux de chaleur parietal important. Apres quelques resultats sur les champs moyens qui completent ceux existant deja, les champs turbulents de vitesse et de temperature sont decrits, permettant d'obtenir une banque de donnees originale. On observe ainsi une forte augmentation de la turbulence thermique avec le chauffage de la paroi, coherente avec des representations adimensionnelles des resultats. Les tenseurs des differents moments des fluctuations de vitesse sont egalement decrits. Des representations geometriques adaptes permettent d'en synthetiser les proprietes. Il apparait ainsi que la structure du tenseur de reynolds est conservee a travers la couche limite sans que ce chauffage apporte une modification notable. Une premiere determination des liaisons entre les fluctuations de vitesse et de temperature est presentee et discutee. Ces differents resultats aerodynamiques originaux ont necessite le developpement de plusieurs points de metrologie qui faisaient defaut. Ainsi, il est apportee une solution aux mesures par fil chaud pour les ecoulements transsoniques, a faibles nombres de reynolds et avec de fortes variations de temperature d'arret, applicable egalement aux ecoulements supersoniques. Ceci permet d'obtenir les premieres mesures de turbulence thermique et de sa correlation avec le champ fluctuant de vitesse en ecoulement a grande vitesse fortement chauffe. Il est egalement aborde certains problems lies a l'utilisation d'un anemometre laser bidirectionnel dans des ecoulements turbulents a grande vitesse. Les methodes de traitement et d'analyse des donnees sont presentees

Etude de l'effet d'une perturbation exterieure sur la raie r::(1) (transition **(2)e-> **(4)a::(2)) de l'ion cr**(3+) dans al::(2)o::(3): cr**(3+). On obtient une separation des sites en quatre sous-reseaux (deux sous-reseaux a**(e) et b**(e) separes par un champ electrique et deux sous-reseaux asigma et bsigma separes par une contrainte appliquee). Le transfert spectral est lent entre sous-reseaux e electriques et rapide dans un sous-reseau e

Cette thèse a été réalisée dans le cadre des programmes européens COST F2 " Electrochemical Flow Measurements " et COST P6 " MagnetoFluidDynamics ". Ce sujet pluridisciplinaire porte sur l'étude des phénomènes convectifs aux voisinages de l'interface solide/liquide par la méthode électrodiffusionnelle (couplage des phénomènes hydro/thermo/électrochimiques). Sur le plan de la métrologie un nouveau type de capteurs électrodiffusionnels (" screen-printed electrodes ") a été étudié et mis au point. Un accent particulier a été porté sur l'étalonnage des capteurs vis-à-vis des mesures du frottement pariétal local et des caractéristiques statistiques de la turbulence dans la sous-couche visqueuse. Cela a permis d'obtenir des données expérimentales fiables pour la caractérisation fine du mélange d'un scalaire passif près de la paroi. Les mesures expérimentales effectuées dans un canal plan ont été confrontées avec les simulations numériques directes (DNS), dont les résultats sont très prometteurs. Une démarche vers le développement d'une nouvelle méthode de diagnostics des écoulements basée sur les mesures du temps de transfert des espèces électroactives entre deux électrodes a été proposée. Sur le plan du contrôle des transferts interfaciaux deux types d'actionneurs ont été étudiés : l'influence d'un champ magnétique (les forces de Lorentz) et l'influence des tensioactifs. Les méthodes développées ont été utilisées pour trois applications industrielles: -la modélisation (logiciel FLUENT) des processus galvaniques dans un bain d'étamage (collaboration contractuelle avec la Société PEM (" Protection Electrolytique des Métaux "); - l'étude de la croissance des biofilms (12ème CPER, programme " Eaux " en collaboration avec la société " Concorde Chimie ") ; - l'utilisation de l'impédancemètrie pour les simulations du comportement des batteries Lithium-Ion en collaboration avec la société SAFT
The dissertation has been realized within the framework of European programmes COST F2 " Electrochemical Flow Measurements " and COST P6 " MagnetoFluidDynamics ". This multidisciplinary topic deals with the studies of convective transfer phenomena near solid/liquid interfaces (coupling of hydro/thermo/electrochemical phenomena). The new type of electrodiffusional sensors (" screen-printed electrodes ") have been studied and adapted for practical applications. Special attention has been paid to the calibration of electrochemical probes with respect to local wall shear stress measurements as well as to the measurements of the statistical characteristics of the turbulence within the viscous sublayer. This allows us to obtain reliable data for the fine characterisation of the near wall turbulent mixing of a passive scalar. The results of experimental measurements in a plane channel are in a good agreement with the results of direct numerical simulations (DNS). A new method of electrochemical flow diagnostic based on the measurements of the delay time have been proposed and studied. Two types of control of the interfacial transfer phenomena have been studied : electromagnetic actions (influence of the Lorentz forces) and surfactants. The methods developed have been used for three industrial applications : - modelling (software FLUENT) of the galvanic processes (contact collaboration with the company PEM: " Protection Electrolytique des Métaux "); -study of biofilms growth (12th CPER, program "WATER" in collaboration with the company " Concorde Chimie "); - simulation of Lithium-Ion behaviour by using electrochemical impedance spectroscopy (in collaboration with the company " SAFT ")

La spectroscopie de dissociation par absorption de photons infrarouges (IRPD) permet d’obtenir les signatures vibrationnelles d’espèces chargées en phase gazeuse, telles que de petits peptides ou des ions hydratés dans des agrégats d’eau. L’attribution des modes de vibration pour établir une relation entre le spectre expérimental et une structure moléculaire est une tâche délicate et nécessite le recours à la modélisation moléculaire.Ce manuscrit présente un ensemble d’outils théoriques pour le calcul et l’attribution de spectres vibrationnels, basée principalement sur la dynamique moléculaire classique et le champ de forces polarisable AMOEBA, ainsi que son application à des ions gazeux de tailles diverses. Les ions hydratés dans des agrégats d’eau M(H2O)n (n allant de 6 à 100) sont caractérisés par une dynamique importante, et leur spectre expérimental ne peut pas être décrit par une seule structure. La signature des peptides évolue avec la température et les effets d’anharmonicité dynamique. Ils peuvent également être le siège de mécanismes de transfert de proton, présentant une signature vibrationnelle très caractéristique.La surface d’énergie potentielle de ces systèmes est explorée par la dynamique moléculaire classique en trajectoires individuelles ou avec échange de répliques, afin d’engendrer des structures énergétiquement stables. Pour les plus petits systèmes, les méthodes quantiques DFT et post-HF sont utilisées pour confirmer les structures de plus basse énergie, calculer leurs spectres IR statiques et proposer des attributions des modes de vibration. Pour les plus systèmes de plus grandes tailles, c’est-à-dire les ions dans des gouttes d’eau de plusieurs dizaines de molécules, la simulation des spectres IR à température finie est basée sur la transformée de Fourier de la fonction d’autocorrélation du moment dipolaire (DACF), calculée pour une trajectoire de dynamique moléculaire classique. Cette méthode n’offrant pas d’accès direct aux modes normaux de vibration, nous avons implémenté une méthode d’attribution dynamique, basée sur la Driven Molecular Dynamics (DMD) et couplée au DACF. La combinaison AMOEBA/DACF/DMD a été utilisée pour reproduire et attribuer le spectre du dipeptide Ace-Phe-Ala-NH2, et ceux d’ions hydratés dans des agrégats d’eau.Enfin, la signature vibrationnelle d’un transfert de proton ne peut être décrite, ni par des méthodes statiques quantiques, ni par la dynamique classique. Sa modélisation a nécessité le développement d’un modèle Empirical Valence Bond (EVB) à deux états, couplé au champ de forces polarisable AMOEBA. Le modèle EVB a été implémenté dans la suite logicielle Tinker. Il permet de reproduire le comportement dynamique du transfert de proton au sein de petits peptides et de diacides déprotonés, ainsi que la signature spectroscopique observée expérimentalement.Une partie importante des applications de ces développements concerne des ions simples hydratés dans des nano-gouttelettes, et en particulier l’ion sulfate de grande importance environnementale. Nous avons pu reproduire de façon satisfaisante, pour la première fois, les spectres d’agrégats contenant jusqu’à 100 molécules d’eau. Le principal contributeur à cette spectroscopie expérimentale est l’équipe d’E. Williams à l’université de Californie à Berkeley. Nous avons établi avec eux une collaboration pour compléter ce travail en modélisant les spectres IR d’ions sulfates hydratés [SO4(H2O)n=9-36]2-, dont ils ont obtenu les signatures expérimentales
Spectroscopy dissociation by absorption of infrared photons (IRPD) provides vibrational signatures of charged species in the gas phase, such as small peptides or hydrated ions in water clusters. The vibrational normal modes assignment to establish a relationship between the experimental spectrum and molecular structure is a delicate task and requires the use of molecular modeling.This manuscript presents a set of theoretical tools for calculation and assignment of vibrational spectra, based mainly on classical molecular dynamics and polarizable AMOEBA force field, and its application to gaseous ions of various sizes. Hydrated ions in water clusters M(H2O)n (n in 6-100 range) are characterized by a dynamic behavior, and their experimental spectrum can not be described by a single structure. The signature of peptides changes with temperature and dynamic anharmonicity effects. They can also be the site of proton transfer mechanisms, with a very characteristic vibrational signature.The potential energy surface of these systems is explored by classical molecular dynamics in individual trajectories or replica exchange to generate energetically stable structures. For smaller systems, quantum methods, as DFT and post-HF, are used to confirm the lowest energy structures, calculate their static IR and propose normal modes assignments. For larger systems, i.e ions in water drops of several tens of molecules, the simulation of IR spectra at finite temperature is based on the Fourier transform of the autocorrelation function of the dipole moment (DACF), calculated during a classical molecular dynamics trajectory. As this method does not allow direct access to the vibrational normal modes, we implemented a method of dynamic assigments, based on the Driven Molecular Dynamics (DMD) and coupled to the DACF. The combination AMOEBA /DACF / DMD was used to reproduce and assign the spectrum of the dipeptide Ace-Phe-Ala-NH2, and those of hydrated ions in water clusters.Finally, the vibrational signature of a proton transfer can not be described by quantum static methods or by classical dynamics. Its modeling required the development of a two states Empirical Valence Bond Model (EVB), coupled with AMOEBA polarizable force field. The two states EVB model was implemented in the software TINKER. It can reproduce the dynamic behavior of proton transfer in small peptides and deprotonated acids, as well as the spectroscopic signatures observed experimentally.An important part of the applications of these developments relates simple hydrated ions in nano-droplets, and in particular the sulfate ion of great environmental importance. We were able to reproduce satisfactorily, for the first time, the spectra of clusters containing up to 100 water molecules. The main contributor to this experimental spectroscopy is the team of E. Williams from the University of California of Berkeley. We have established cooperation with them to complete this work by modeling the IR spectra of hydrated sulfates ions [SO4(H2O) n=9-36]2-, for which they obtained experimental signatures

Cette these presente deux experiences de manipulation d'un jet atomique de cesium a l'aide de faisceaux lasers suivant une dimension transverse. Dans la premiere experience, nous avons observe les effets de refroidissement doppler et sub-doppler sur le jet atomique pour differentes configurations de melasses. L'etude des deux transitions f=4f=5 et f=3f=2 de la raie d#2 du cesium montre que le desaccord entre la frequence laser et la frequence atomique doit etre negatif (rouge) dans le premier cas et positif (bleu) dans le second. Nous avons aussi mis en evidence que, sous l'effet d'un champ magnetique statique, les melasses ne se produisent plus autour de la vitesse transverse nulle mais aussi autour de vitesses non nulles, qui evoluent lineairement avec la valeur de ce champ magnetique. La seconde experience concerne le transfert adiabatique de population et de quantite de mouvement dans le cas de la transition f=4f=4 de la raie d#2 du cesium. Dans une configuration #+-#- du champ electromagnetique, la transition f=4f=4 presente un etat piege quelque soit l'etat du champ. Le transfert adiabatique consiste a maintenir l'atome dans l'etat piege lorsque l'etat du champ electromagnetique varie lentement. Ce processus ne fait pas intervenir l'emission spontanee et les coherences internes de l'atome sont conservees. Dans les meilleures conditions experimentales, nous avons obtenu un taux de transfert adiabatique d'environ 55%. Cette limitation est due a la presence des niveaux hyperfins voisins f'=3 et 5 du niveau excite. Nous avons mis en evidence la tres grande selectivite en vitesse de ce processus lorsque les champs #+ et #- se propagent en sens oppose.

En mécanique des milieux continus, la résolution d'un problème à l'aide de la méthode des éléments finis permet d'obtenir des champs discrétisés aux noeuds ou aux points de Gauss, sur un maillage donné de la structure étudiée. Si l'on souhaite utiliser ces résultats afin d'effectuer un calcul sur un second maillage, un transfert de données est inévitable, notamment dans les études chaînées, lors de processus d'adaptation de maillage ou encore pour des couplage entre codes. La simulation numérique doit tenir compte de cet état de fait, ce qui n'est pas totalement le cas aujourd'hui; la division R&D d'EDF souhaite donc disposer d'outils permettant de lever ce verrou au sein du logiciel libre Code_Aster.Le manuscrit présente une synthèse des travaux menés durant la thèse, qui répondent aux objectifs suivants: proposer des méthodes de transfert de champs, comparer et qualifier ces différentes approches à l'aide d'ananlyses d'erreur théoriques et numériques, implanter l'une de ces méthodes dans Code_Aster, valider cette programmation sur quelques cas industriels
In continuum mechanics, when a problem is solved with the finite element method, field are known on nodes or on integration points, on a given mesh of the structure. If we which to use these results to perform a calculation on a second mesh, a data transfer is inevitable, especially in studies which imply adapting mesh process, or for coupling several codes. Numerical simulation must take this fact into account, which is not entirely the case today. So R&D division of EDF is eager to use some tools to remove this lock, in the software Code_Aster.There is a sum up of the work dine during the thesis. The objectives are the following: propose some methods for fields transfers, compare and describe these different approaches with theoretical analysis and numerical errors, implement one of these methods in Code_Aster, validate this implementation on some industrial cases

L'interprétation des spectres compliqués de l'atmosphère solaire magnétisée requiert des modèles théoriques adéquats de transfert radiatif hors ETL. Dans la première partie, la théorie quantique de la polarisation est revue ainsi que celle du transfert radiatif hors ETL de 2$^{\rm e}$ espèce. Une notation générale est introduite pour traiter numériquement la matrice densité atomique. Une technique de ''lambda-operator splitting'' est présentée et utilisée pour développer une méthode originale de préconditionnement analogue à l'algorithme itératif de Jacobi. De nombreux processus sont pris en compte: l'effet Zeeman, l'effet Paschen-Back, l'effet Hanle, la polarisation atomique, les croisements de niveaux, le pompage optique, la (dé)polarisation par collisions. Une technique multigrille non linéaire est développée dans le cadre du transfert de rayonnement polarisé et l'efficacité de la méthode est discutée. Les possibilités de ce nouveau solveur sont démontrées sur l'exemple d'une raie optiquement épaisse d'un atome multiterme dans le régime de l'effet Paschen-Back. Dans la deuxième partie, la polarisation par impact de la raie H-alpha de l'hydrogène est étudiée. Les modèles semi-empiriques de la chromosphère éruptive sont utilisés pour déterminer les effets différentiels du faisceau de protons sur les profils d'intensité et de polarisation. Il est montré qu'il est improbable que les faisceaux de protons soient la source de la polarisation linéaire observée. Dans le dernier chapitre, il est montré que les courants électriques de retour sont un ingrédient significatif de la formation des raies et ils sont proposés comme une source possible de la polarisation observée.

Il est bien connu que le champ magnétique, présent dans une grande diversité d'objets astrophysiques, joue un rôle fondamental dans plusieurs processus physiques. En particulier, le champ magnétique est le principal responsable de l'activité solaire comme de l'activité de différents types d'étoiles appartenant à la séquence principale. Mon travail de thèse concerne donc l'analyse de données spectropolarimétriques, et plus particulièrement la mesure des champs magnétiques solaires et stellaires. Le manuscrit se divise en deux parties. Dans la première partie, je présente une étude détaillée du magnétisme solaire des régions calmes que j'ai réalisé en utilisant la raie de l'atome mni à la longueur d'onde de 553 nm. L'émission de cette raie spectrale est due en partie à l'effet de structure hyperfine, modulée par l'intensité du champ magnétique. Tirant avantage de cet effet quantique, j'ai inversé un ensemble de profils de Stokes observés avec le télescope THEMIS. Les résultats des inversions des profils montrent que la distribution du champ magnétique dans les régions calmes est dominée par les champs de faibles intensités, dont la valeur la plus probable est inférieure à 100 gauss. Dans la deuxième partie de la thèse, je me suis intéressé aux techniques de détection et de détermination des champs magnétiques stellaires. Je présente ainsi une nouvelle méthode de détection et d'inversion des champs magnétiques basée sur une approche multi-raie. Cette technique, nommée PCA-ZDI, est particulièrement utile puisque contrairement à l'analyse de raies individuelles, elle permet de déterminer les paramètres du magnétisme stellaire en utilisant l'information contenue dans toutes les raies spectrales. Les bases de cette technique seront tout d'abord décrites en détail pour ensuite être appliquée aux données. Les premiers résultats obtenus montrent que la technique développée est un outil très robuste pour l'étude du magnétisme stellaire. Enfin, en utilisant un code d'inversion appliqué aux spectres synthétiques, j'ai pu montrer que tous les paramètres physiques impliqués dans le processus de formation de raies spectrales peuvent être correctement déterminés, et plus particulièrement le vecteur champ magnétique.

Compte tenu du contexte économique du marché des hydrocarbures et les problématiques environnementales, le développement des véhicules électriques (VE) prend de l’ampleur car ils sont considérés comme plus écologiques. Aujourd’hui, les véhicules électriques sont considérés comme une solution favorable pour une énergie plus verte. L'électricité qu'ils consomment peut être générée à partir d'un large éventail de sources qui comprennent les combustibles fossiles, l'énergie nucléaire et les énergies renouvelables. Toutefois, les utilisateurs et les propriétaires de véhicules électriques ont encore des réticences car cela nécessite un stockage d'énergie électrique à bord pour assurer une bonne autonomie.Le système de transfert de puissance par effet inductif (LIPT en anglais) est une nouvelle technologie qui permet le transfert d'énergie électrique par champ magnétique et un système de bobines primaires et secondaires. Le champ magnétique est un champ haute-fréquence à plusieurs dizaines de kilohertz. Par rapport au système de câble conventionnel, le système LIPT est capable de fournir une recharge qui est pratique mais également efficace des véhicules électriques. Cependant, actuellement son principal facteur limitant est la mauvaise performance de sa structure de couplage magnétique (MCS). L’objectif de cette thèse est d'améliorer la performance des systèmes MCS pour les systèmes de LIPT afin de concevoir des systèmes à meilleur rendement.Dans un premier temps, sur la base de modèles mathématiques issus de la littérature, un code Matlab a été mis en œuvre pour calculer l'inductance mutuelle des systèmes de bobines mise en jeu dans le MCS. Puis, le calcul et la validation expérimentale des champs magnétiques entre le primaire et le secondaire a été effectué.Dans un second temps, un modèle d'un système LIPT pour la charge d’une batterie de véhicule électrique est présenté. Sur la base des spécifications techniques d’une Renault ZOE, les résultats obtenus montrent que, en adaptant la fréquence de la bobine primaire et en compensant avec un système série-série de condensateurs, un système à 3 kW et un système à 22 kW peuvent atteindre des performances permettant la recharge d’une Renault Zoe dans de bonnes conditions.Enfin, une analyse par éléments finis (FEA) sous COMSOL est développée pour la conception, le calcul et l’optimisation de systèmes MCS plus complexes de nouveaux LIPT. Les modèles de MCS conçus intègrent des bobines d'air évidées avec des configurations appropriées de noyaux magnétiques (par exemple en ferrite), avec des études également sur des parties couvrantes des bobines primaires et secondaires en acier. Les performances des modèles conçus sont déterminées par les valeurs de l'inductance mutuelle et la tension induite qui sont deux critères d’évaluations
Taking into account high oil prices and environmental awareness, the development of electric vehicles (EVs) is considered as a healthier mode of transportation. Amongst other eco-friendly vehicles, EVs are considered as a favourable solution for a greener energy because the electricity they consume can be generated from a wide range of sources which include fossil fuel, nuclear power and renewable energy. However, users and owners of EVs feel uncomfortable because EVs require sufficient electrical energy battery storage on-board to provide sufficient driving autonomy.Lumped inductive power transfer (LIPT) system is a new technology that allows the transfer of electric power between its air-cored primary and secondary coils via high frequency magnetic fields to a consuming device. Unlike the conventional plug-in system, LIPT system is capable of providing a safe, efficient and convenient overnight recharging of EVs. However, its main limiting factor is the poor performance of its magnetic coupling structure (MCS), which is intended to transfer power efficiently. Thus the problem statement of this thesis is to improve the performance of MCS models for LIPT systems.Firstly, based on a more efficient and relevant mathematical model available in the literature, MATLAB code is implemented to compute the mutual inductance between air-cored filamentary circular (FC) coils. Also, the computation and experimental validation of the magnetic fields between two FC coils are presented.Furthermore, computational models of an IPT system for EV battery charge are presented in this thesis. Based on the technical specifications of Renault ZOE, the results obtained show that by supplying a higher frequency AC voltage to the primary coil of the MCS and compensating the primary and secondary sides of the air-cored coils with series-series capacitors, the 3 kW single-phase and 22 kW three-phase IPT systems modelled using MATLAB/Simulink are capable of delivering the electricity needed to power the Renault ZOE.Finally, in order to recommend a suitable and cost-efficient MCS model that can help transfer electric power more efficiently for the battery charging of EVs and E-bikes, a 3-D finite element analysis (FEA) package called COMSOL multiphysics is used to design, compute and investigate a more complex and realistic MCS model of LIPT systems. The designed MCS models incorporate air-cored coils with proper configuration of magnetic cores (e.g. ferrite), structural steel covering for the bottom part of the primary coil and top part of the secondary coil and lastly, iron plate which serves as a covering for the primary coil installed underground and the chassis or underbody structure of EVs. The performance of the designed models are determined by the values of the mutual inductance and induced voltage obtained from COMSOL

Ce travail est consacré à la mise en œuvre d'un dispositif optique de Photographie de Speckle dédié à la mesure des champs de température dans les écoulements d'air bidimensionnels et tridimensionnels et plus particulièrement à l'estimation des transferts thermiques en proche paroi. Dans un premier temps, le dispositif expérimental est conçu et optimisé pour l'étude d'objets de phase thermiques. Puis, une métrologie originale est développée pour l'estimation du aux convectif pariétal. Elle permet, notamment, d'accroître significativement la résolution spatiale et la précision des mesures en présence de forts gradients de température et de s'affranchir des phénomènes de diffraction qui introduisent un biais important lors d'une mesure pariétale. Cette nouvelle approche est validée avec succès, lors d'une campagne de mesure menée, sur un écoulement d'impact de jet d'air plan, simultanément par Photographie de Speckle et par une méthode de référence basée sur un bilan thermique à la paroi. Enfin, un algorithme de reconstruction de champs de température tridimensionnels n'utilisant qu'une direction de mesure est développé. Cette technique présente l'avantage de pouvoir être utilisable dans le cadre des problématiques pariétales. Elle est mise en œuvre a n d'estimer différents paramètres 3-D d'une couche limite de convection naturelle
This study deals with the implementation of a Speckle Photography experimental device in order to measure temperature fields in bidimensional and tridimensional air flows, specially it focuses on near wall heat transfers estimation. First of all, an experimental device is designed and optimized for thermal phase object studies. Then, an original metrology to measure convective parietal heat flux is developed. It allows to increase spatial resolution and measurement accuracy, and to correct measurements from diffraction phenomenon which introduces a bias in parietal measurement. This technique is successfully validated with a measurement campaign on an air jet impingement flow simultaneously perform with the Speckle Photography technique and with a balance method. Finally, a tridimensionnal field estimation algorithm which needs a narrow viewing angle is developed. This technique has the advantage to be used in the parietal problems. It's implemented to estimate the thickness and the position of a free convective boundary layer

La convection naturelle dans un bardage thermique aménage en façade ou en toiture est une alternative intéressante pour la protection solaire de l'habitat en climat tropical humide. Dans ce travail, le dispositif expérimental simulant le bardage thermique est à échelle réduite (dimensions inferieures au mètre). Il est constitué d'une lame d'air formée entre deux plaques verticales et parallèles dont l'une est chauffée à flux constant. Des mesures de température sont effectuées aux parois avec des thermocouples et dans la lame d'air par interférométrie holographique en temps réel (ihtr). Les vitesses d'écoulement sont mesurées par anémométrie laser a effet doppler (lda). L'échauffement des plaques est analysé en fonction du flux impose, de l'épaisseur de la lame d'air et de l'émissivité des plaques. L'étude des interferogrammes et des champs de vitesse met en évidence le caractère instable de l'écoulement à partir de la moitié de la hauteur du canal. Concernant l'une des configurations étudiées, nos résultats expérimentaux sont comparés à ceux de deux modelés numériques traitant les cas d'écoulements laminaires stables et bidimensionnels. Les champs de vitesse numériques et expérimentaux concordent bien dans la première moitié du canal lorsque le profil de vitesse de l'air a l'entrée du conduit est supposé uniforme. Les écarts entre les résultats expérimentaux et numériques s'accentuent avec l'altitude et résultent probablement de la tridimensionnalité et des instabilités de l'écoulement. Nos résultats expérimentaux permettent aussi une évaluation des flux convectifs à l'aide de trois méthodes différentes : 1) le bilan énergétique pariétal, 2) le gradient thermique a l'interface paroi-fluide, 3) le bilan de puissance dans un volume d'air adjacent à la plaque chauffée.

Le mouvement d’humidité dans le réseau poreux de certains matériaux est très souvent à l’origine de phénomènes préjudiciables pour la durabilité des constructions du génie civil. C’est en particulier le cas pour le séchage du bois, générateur de fissures et de délaminations aux interfaces de collage, et pour le béton en situation d’incendie où le mouvement d’humidité peut induire des désordres irréversibles (écaillage). Le recours à des modèles prédictifs de ruine des structures nécessite donc la simulation du mouvement d’humidité au sein des matériaux. Ces modèles de transfert de masse et de chaleur sont sophistiqués et nécessitent d’être confrontés à des mesures afin d’être validés. Peu de techniques expérimentales existent pour mesurer les mouvements ou gradients d’humidité dans les réseaux poreux, en particulier en régime transitoire (séchage, incendie). Les techniques existantes sont de plus généralement coûteuses et imposent des conditions sévères de sécurité pour les chercheurs. L’objectif de la thèse est donc de mettre au point un dispositif de mesure de gradients d’humidité basé sur l’imagerie Térahertz. Il s’agit d’une technique de mesure relativement peu onéreuse et permettant de réaliser des mesures en régime transitoire. Un banc expérimental existant sera donc adapté à la mesure du champ d’humidité sur éprouvettes de bois en conditions thermo-hydriques variables, et sur éprouvettes de béton en situation de chauffage. Les résultats constitueront une base de données utile à la compréhension des phénomènes de dégradation des matériaux et seront directement utilisables comme outil de validation de modèles de calcul
The movement of moisture in the porous network of certain materials is very often at the origin of phenomena prejudicial to the durability of the constructions of the civil engineering. This is particularly the case for the drying of wood, which creates cracks and delaminations at bonding interfaces, and for concrete in situations of fire where the movement of moisture can induce irreversible disorders (chipping). The use of predictive models of structural ruin therefore requires the simulation of the moisture movement within the materials. These mass and heat transfer models are sophisticated and need to be confronted with measurements in order to be validated. Few experimental techniques exist to measure moisture movements or gradients in porous networks, especially in transient conditions (drying, fire). Existing techniques are often expensive and impose severe conditions of safety for the researchers. The objective of the thesis is therefore to develop a device for measuring gradients of moisture based on Terahertz imagery. This is a comparatively inexpensive measuring technique and makes it possible to carry out transient measurements. An existing experimental bench will therefore be adapted to the measurement of the moisture field on wood specimens under variable water-moisture conditions and on concrete specimens in a heating situation. The results will constitute a database useful for understanding the phenomena of degradation of materials and will be directly usable as a validation tool for calculation models

Ce travail de thèse porte sur l’étude de l’effet du traitement par champs électriques pulsés (CEP) sur l’amélioration de la congélation des tissus végétaux. Pour l’ensemble de notre étude, nous avons démontré que l’effet des champs électriques pulsés est complexe. Le prétraitement entraîne une électroperméabilisation des membranes. Les analyses calorimétriques ont mis en évidence que l’électroperméabilisation conduit à une augmentation de la teneur en eau liée. Les transferts de matière entre les milieux intra et extracellulaires sont intensifiés. Cela conduit à une modification dynamique de la composition des deux compartiments au cours de la congélation. En effet, les essais réalisés sur le cryo-pressage assisté par CEP démontrent que les températures de fusion sont plus basses et que le jus récupéré est beaucoup plus concentré. Il a été constaté que le temps de congélation d’un échantillon soumis préalablement à un prétraitement par champs électriques pulsés est sensiblement plus court que celui d’un échantillon sans prétraitement. D’autre part, l’électroperméabilisation facilite les transferts de matière avec le milieu extérieur. Le prétraitement par CEP accélère notamment l’imprégnation des tissus végétaux par des cryoprotectants, l’évaporation de l’eau libre et la sublimation de l’eau congelée. Finalement, le prétraitement par champs électriques pulsés induit des modifications de la structure des échantillons, de leur composition et influence favorablement les transferts couplés de masse et d’énergie
This work is focused on the study of the effects of pulsed electric fields (PEF) on the improvement of plant tissues freezing. These studies have demonstrated that the effects of the PEF are rather complex. The PEF treatment results in membrane electro-permeabilization. Calorimetric analyses showed that the electro-permeabilization leads to an increase in bound water content. It also results in acceleration of mass transfer processes between intra- and extracellular parts of a tissue. The dynamic modification of the composition of these two parts during the freezing was observed. Experimental tests using the PEF-assisted cryo-pressing demonstrated that the melting temperatures were lower and that the extracted juice was much more concentrated as compared to untreated tissues. Moreover, the PEF-treatment allowed significant decreasing of freezing time. Furthermore, the electro-permeabilization facilitates the mass transfer with the external medium. The PEF treatment accelerates the impregnation of plant tissues by cryoprotectants, evaporation of free water and sublimation of frozen water. Finally, the treatment by PEF induces changes in the structure of the samples, their composition and positively influences both the mass and energy transfers

La compréhension des phénomènes thermiques et mécaniques mis en jeu lors de la mise en forme des matériaux est généralement réalisée avec l’aide de simulations numériques. Ces simulations montrent leurs limites pour les procédés qui conduisent à de très grandes déformations de la matière. Dans ce cas, de très fortes distorsions du maillage se produisent pendant le calcul, entrainant une augmentation de l’erreur, voire l’arrêt prématuré de la simulation. Cette étude porte sur le développement d’une stratégie de remaillage adaptative afin d’éviter les distorsions des éléments pendant les simulations en grandes transformations. La méthode proposée a été intégrée dans un environnement de calcul utilisant le solveur ABAQUS/Explicit, un mailleur 3D et un algorithme de transfert de champ.La méthode h-adaptative en combinaison avec un critère de contrôle basé sur l’endommagement et un estimateur d’erreur de type Zienkiewicz-Zhu Z2 (SPR-amélioré) ont été implantés. Le maillage initial est remplacé par un nouveau maillage avec le niveau de qualité désiré par l’utilisateur, tout en minimisant le nombre des degrés de liberté. Cette technique s’est montrée robuste et entièrement automatique pour déterminer la taille optimale des nouveaux éléments. Une fois le nouveau maillage généré, toutes les variables doivent être soigneusement transférées. Plusieurs techniques de transfert sont décrites et comparées. Des améliorations permettant d’augmenter leurs efficacités en termes de diffusion de l’information et de stabilité numérique ont été proposées. Une attention particulière est portée à la restauration de l'équilibre mécanique local du système. Les différentes techniques développées ont permis de modéliser différents procédés entrainant de grandes déformations élastoplastiques avec endommagement. Dans toutes les applications testées, il a été montré une amélioration de la précision et de la qualité des résultats numériques obtenus. Pour des opérations d’usinage, des mesures de champs cinématiques à travers la technique de corrélation d’images ont été réalisées afin de déterminer les champs de déformation en pointe d’outil. Ces mesures ont servi à la validation de la simulation numérique à l’échelle locale. La comparaison des champs cinématiques expérimentaux avec ceux issus du calcul éléments finis met en évidence la robustesse du processus d’adaptation du maillage proposée pour retranscrire les phénomènes locaux observés expérimentalement. En effet, la reproduction de l’écoulement de la matière sur les bords et la géométrie du copeau sont en très bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Ce développement a permis de proposer une description nouvelle du processus de formation des bandes de cisaillement
In this work, a fully automated adaptive remeshing strategy, based on a tetrahedral element to simulate various 3D metal forming processes, was proposed. The aim of this work is to solve problems associated with the severe mesh distortion that occurs during the computation and which may be incompatible with the evolution of the physical behavior of the FE solution. Indeed, the quality of the mesh conditions affects the accuracy of the calculations. The proposed strategy is integrated in a computational platform which integrates a finite element solver (Abaqus/Explicit), 3D mesh generation and a field transfer algorithm.The base idea is to use the h-adaptive methodology in the combination with a damage-criterion error and Zienkiewicz-Zhu Z2 type error estimator (SPR-improved) to locally control the mesh modification-as-needed. Once a new mesh is generated, all history-dependent variables need to be carefully transferred between subsequent meshes. Therefore, different transfer techniques are described and compared. An important part of this work concerns the presentation of the proposed modification of the field transfer operator and a special attention is given to restore the local mechanical equilibrium of the system. During the large elasto-plastic deformation simulation with damage, the necessary steps for remeshing the mechanical structure are presented. The several types of applications are also given. For all studied applications, the above strategy can improve the accuracy and quality of numerical results. It also has benefits to decide how refined a mesh needs to be to reach a particular level of accuracy, or how coarse the mesh can be without unacceptably impacting solution accuracy.For the machining processes, kinematic field measurements using Digital image Correlation were performed to validate the numerical simulation at the local level. The comparison of the experimental kinematic fields and those resulting from the FE calculation highlights the robustness of the proposed mesh adaptation process which can transcribe the experimental local phenomena. Also, the reproduction of the material flow at the edges and the chip are correlated with the experimental results accurately. Finally, the physical study of the numerical results can be allowed to propose an innovative description of ASB formation

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et Microtechnologies : Lille 1 : 2004.
N° d'ordre (Lille 1) : 3469. Résumé en français. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 173-179.

En mécanique des milieux continus, la résolution d'un problème à l'aide de la méthode des éléments finis permet d'obtenir des champs discrétisés aux nœuds ou aux points de Gauss, sur un maillage donné de la structure étudiée. Si l'on souhaite utiliser ces résultats afin d'effectuer un calcul sur un second maillage, un transfert de données est inévitable, notamment dans les études chaînées, lors de processus d'adaptations de maillages ou encore pour des couplages entre codes. La simulation numérique doit tenir compte de cet état de fait, ce qui n'est pas totalement le cas aujourd'hui ; la division R&D d'EDF souhaite donc disposer d'outils permettant de lever ce verrou, au sein du logiciel libre Code_Aster. Le manuscrit présente une synthèse des travaux menés durant la thèse, qui répondent aux objectifs suivants : proposer des méthodes de transfert de champs, comparer et qualifier ces différentes approches à l'aide d'analyses d'erreur théoriques et numériques, implanter l'une de ces méthodes dans Code_Aster, valider cette programmation sur quelques cas industriels.

Les étoiles massives sont au centre de nombreux processus astrophysiques : elles participent a l’évolution chimique et dynamique de leur environnement, en y injectant la matière enrichie synthétisée en leur coeur, et de l’énergie mécanique via leur vent stellaire, et sont à l’origine de la formation des régions HII. En outre, elles sont supposées étre les progéniteurs des événements les plus lumineux et les plus énergétiques observés à l’heure actuelle, à savoir les supernovæ (de type core-collapse) et les sursauts gamma. Bien loin des rnilieux homogènes décrits initialement par la théorie des vents radiatifs, on a pu se rendre compte ces dernières années que les atmosphères des étoiles massives étaient en fait très structurées (clumping) et regorgeaient d’ activité (émissivité dans le domaine des X, champs magnétiques). Au cours de ma thèse, je me suis particulièrement intéressé aux propriétés des étoiles de type O, qui sont des étoiles massives, chaudes et lumineuses. J ’ai réalisé l’analyse spectroscopique détaillée d’un échantillon de ces objets (dont certains magnétiques), avec le code de transfert radiatif CMFGEN (l’un des plus complets à l’heure actuelle). De cette analyse, j ’ai pu déterminer leurs paramètres fondamentaux (température effective, abondances chimiques de surface, taux de perte de masse,. . . ) et les confronter aux modèles théoriques les plus récents. Mes résultats confirment l’existence de forts contrastes entre les paramètres observationnels et ceux attendus par les modèles théoriques, tant pour ce qui concerne leurs vents que pour ce qui conceme leur évolution chimique
Massive stars are the central engines of various astrophysical processes : they ionize the surrounding hydrogen, giving birth to HII regions and, through their stellar winds, they yield the processed material synthetized in their core and inject mechanical energy to the surrounding medium. In addition, they are suspected to be the progenitors of the most luminous and energetic events observed at the time, namely (core-collapse) supernovae and gamma ray bursts. Far from being the homogeneous outflows of material described initially by the radiatively driven winds theory, the massive stars’ atmospheres are highly structured (wind clumping) and exhibit an intense activity (X-rays emissivity and magnetic fields for instance). During my thesis, I was particularly interested in the properties of the massive, hot and luminous O type stars. I realized the detailed spectroscopic analysis of a sample of these objects (some of them hosting a magnetic field), with the state-of-art radiative transfer code CMFGEN. From this analysis, I determined their fundamental parameters (effective temperature, surface chemical abundances, mass loss rates,. . . ) and confronted them to the most recent theoretical models. My results confrm that strong contrasts exist between the observational parameters and those expected by both theoretical wind models and stellar evolution models

Les potentiels de champs locaux (LFP) sont des événements de fréquence inférieure à 200-500 Hz, résultant de l'activité cérébrale. Leur signification et les mécanismes contribuant à leur formation sont encore très débattus. Ainsi, l'existence et l'importance d'un filtrage des courants ioniques par le tissu cérébral est controversée. Certains auteurs concluent que le milieu est résistif, alors que d'autres suggèrent que le tissu cérébral pourrait exercer un filtrage passe-bas significatif sur les courants électriques. Une méthode de mesure nouvelle est présentée ici, s'appuyant sur le concept d'impédance naturelle, mesurée en utilisant un neurone comme " électrode " . Ceci permet d'obtenir l'impédance la plus pertinente d'un point de vue physiologique, en termes d'interface électrode-milieu, d'intensité des courants et d'échelle spatiale. L'impédance mesurée est stable, reproductible, plus forte que celle mesurée traditionnellement, et possède une dépendance en fréquence en 1/vf. Un modèle physique prenant en compte la diffusion ionique dans le milieu est capable de reproduire cette impédance. Une méthode similaire permet de calculer la fonction de transfert entre les potentiels intra- et extracellulaire d'un neurone. Des modèles sont proposés pour expliquer sa forme, prédire les LFP d'après l'activité cellulaire et vice-versa. Ces résultats pourraient aider à l'interprétation des signaux de LFP et d'électroencéphalographie, permettant une compréhension plus profonde du fonctionnement cérébral physiologique et pathologique
Local field potentials (LFPs) are low-frequency (< 200-500 Hz) events resulting from brain activity. Their meaning and the mechanisms shaping them have been highly debated for decades. The existence and importance of a frequency-dependant filtering of ionic currents by brain tissue is controversial. Some authors conclude that the medium is resistive, while others suggest that brain tissue may exert significative low-pass filtering on electrical currents. A new measurement method is presented here, relying on the concept of natural impedance, which is measured using a neuron as an ''electrode''. This allows to obtain the most relevant impedance from a physiological point of view, in terms of electrode-medium interface, current intensity and spatial scale. The measured impedance is stable, reproducible, stronger than what is traditionally measured, and has a 1/\√f frequency dependance. A physical model, taking into account ionic diffusion in the medium, is able to reproduce this impedance. A similar method allows to compute the transfer function between the intra- and extracellular potentials of a neuron. Models are proposed to explain its structure, predict LFPs from cell activity and vice-versa. These results may help interpreting LFP and electroencephalography signals, yielding a deeper understanding of the physiological and pathological brain function

Dans cette thèse, le transport de scalaires dans des ferrofluides / ferrogels est étudié théoriquement et expérimentalement. L’intérêt principal est de quantifier expérimentalement le processus de transport de masse dans des ferrofluides / ferrogels exposés à un champ magnétique externe et de comprendre les mécanismes sous-jacents à ces processus à la lumière de simulations ferrohydrodynamiques (FHD). Nous visons également à utiliser les phénomènes de transport améliorés, identifiés dans les ferrofluides pour des applications de génie de la réaction chimique, par le biais d'études expérimentales sur le mélange / micromélange en micro-canal. L’introduction présente les principes de base de la dynamique des ferrofluides et des nanoparticules magnétiques (NPM) du point de vue de la mécanique des fluides et de la physique des colloïdes. Le cadre de ferrohydrodynamique, englobant les équations du mouvement des ferrofluides en relation avec la relaxation magnétique, y est expliqué. La littérature récente pertinente au transport de scalaires et au mélange dans les ferrofluides est examinée et les mécanismes d'intensification de transport de masse dans le ferrofluides excités par divers types de champs magnétiques sont discutés. Le première chapitre présente des observations expérimentales et des simulations numériques sur le transport de scalaires dans un ferrofluide de type Brownien au repos mais soumis à un champ magnétique rotatif (CMR). Les expériences de transport de masse ont été conduites dans un mélangeur capillaire en T excité transversalement par un champ magnétique uniforme. Une augmentation significative du transport de masse a été observée en présence de CMR dans une direction normale à l'axe de rotation du champ magnétique. Un tel contrôle directionnel par CMR a permis de mettre en évidence le caractère anisotrope du flux de masse puisque la diffusion moléculaire était le seul mécanisme de transport agissant dans une direction parallèle à l'axe du capillaire. Le rôle de l'advection du ferrofluide induite par CMR (écoulement spin-up) quant à l'amélioration du transport de masse a été examiné à la lumière de la solution de l'équation d’advection-diffusion et de la comparaison des prédictions numériques de FHD avec les résultats expérimentaux. Une analyse comparative systématique des simulations numériques par rapport aux observations expérimentales a révélé que la diffusivité effective dans le ferrofluide peut être représentée par un tenseur diagonal dont les composantes sont fonction de la fréquence du CMR et de la concentration des NPM.
Dans cette thèse, le transport de scalaires dans des ferrofluides / ferrogels est étudié théoriquement et expérimentalement. L’intérêt principal est de quantifier expérimentalement le processus de transport de masse dans des ferrofluides / ferrogels exposés à un champ magnétique externe et de comprendre les mécanismes sous-jacents à ces processus à la lumière de simulations ferrohydrodynamiques (FHD). Nous visons également à utiliser les phénomènes de transport améliorés, identifiés dans les ferrofluides pour des applications de génie de la réaction chimique, par le biais d'études expérimentales sur le mélange / micromélange en micro-canal. L’introduction présente les principes de base de la dynamique des ferrofluides et des nanoparticules magnétiques (NPM) du point de vue de la mécanique des fluides et de la physique des colloïdes. Le cadre de ferrohydrodynamique, englobant les équations du mouvement des ferrofluides en relation avec la relaxation magnétique, y est expliqué. La littérature récente pertinente au transport de scalaires et au mélange dans les ferrofluides est examinée et les mécanismes d'intensification de transport de masse dans le ferrofluides excités par divers types de champs magnétiques sont discutés. Le première chapitre présente des observations expérimentales et des simulations numériques sur le transport de scalaires dans un ferrofluide de type Brownien au repos mais soumis à un champ magnétique rotatif (CMR). Les expériences de transport de masse ont été conduites dans un mélangeur capillaire en T excité transversalement par un champ magnétique uniforme. Une augmentation significative du transport de masse a été observée en présence de CMR dans une direction normale à l'axe de rotation du champ magnétique. Un tel contrôle directionnel par CMR a permis de mettre en évidence le caractère anisotrope du flux de masse puisque la diffusion moléculaire était le seul mécanisme de transport agissant dans une direction parallèle à l'axe du capillaire. Le rôle de l'advection du ferrofluide induite par CMR (écoulement spin-up) quant à l'amélioration du transport de masse a été examiné à la lumière de la solution de l'équation d’advection-diffusion et de la comparaison des prédictions numériques de FHD avec les résultats expérimentaux. Une analyse comparative systématique des simulations numériques par rapport aux observations expérimentales a révélé que la diffusivité effective dans le ferrofluide peut être représentée par un tenseur diagonal dont les composantes sont fonction de la fréquence du CMR et de la concentration des NPM. Dans le deuxième chapitre, nous avons exploité le concept de diffusion effective anormale anisotrope dans les ferrofluides pour expliquer les variations de la dispersion axiale observées expérimentalement pour un écoulement de Poiseuille en présence de CMR. Les résultats expérimentaux ont montré que la distribution des temps de séjour (DTS) en présence de CMR est moins asymétrique avec un temps de percée de plus en plus retardé lorsque la fréquence de CMR et/ou la concentration en nanoparticules magnétiques augmente(nt). La solution de l'équation d'advection-diffusion couplée aux équations de transport de quantité de mouvement sous champ magnétique rotatif signale une faible contribution de l'advection dans le phénomène observé. Les simulations numériques ont également montré que la réduction de la dispersion axiale était le résultat d'une diffusivité effective anisotrope anormale dans le ferrofluide suggérant une échelle de mélange de l’ordre de quelques nanomètres dictée par l’effet de la rotation du champ magnétique sur la matrice liquide porteuse non-magnétique des NPM. Dans le troisième chapitre, les propriétés de transport de masse du ferrofluide identifiées ont ensuite été examinées pour des applications de mélange et de micromélange via des techniques réactionnelles. Une étude comparative a été menée pour évaluer l'efficacité du mélange entre des fluides magnétiques et non magnétiques dans un mélangeur de type T capillaire, cylindrique et soumis à des champs magnétiques statique (CMS), oscillant (CMO) et rotatif. En utilisant la réaction modèle de Villermaux-Dushman, nous avons mis en évidence la sensibilité de la sélectivité de cette réaction au micromélange et au transfert de masse au niveau moléculaire. Les résultats ont montré une réduction substantielle de la résistance au transport à l’échelle nanométrique avec des effets mesurables sur la distribution des produits lorsque le mélange est stimulé par un cham magnétique rotatif. Dans le chapitre quatre, nous étendons le concept de mélange NPM/CMR aux ferrogels, préparés en ensemençant des (dipôles durs) nanoparticules de cobalt-ferrite dans un hydrogel de polyacrylamide. L'analyse quantitative des données d’aimantation a révélé l'existence de NPM hydrodynamiquement libres, donc sensibles à la relaxation brownienne, ainsi que des NPM mécaniquement bloquées dans la structure du ferrogel. Un ferrogel contenant des MNP hydrodynamiquement libres engendre des diffusivités effectives d’un soluté passif largement supérieures à la diffusion moléculaire intrinsèque mesurée pour le même soluté au sein de la structure de ferrogel en absence de champ magnétique rotatif. Les résultats expérimentaux et théoriques de cette thèse pourraient ouvrir la voie à l’utilisation de MNP/ferrofluide stimulés par champ magnétique pour la conception et le développement de systèmes micro-fluidiques et de matériaux magnétiques multifonctionnels dotés de propriétés de transport contrôlables à distance.
Dans le deuxième chapitre, nous avons exploité le concept de diffusion effective anormale anisotrope dans les ferrofluides pour expliquer les variations de la dispersion axiale observées expérimentalement pour un écoulement de Poiseuille en présence de CMR. Les résultats expérimentaux ont montré que la distribution des temps de séjour (DTS) en présence de CMR est moins asymétrique avec un temps de percée de plus en plus retardé lorsque la fréquence de CMR et/ou la concentration en nanoparticules magnétiques augmente(nt). La solution de l'équation d'advection-diffusion couplée aux équations de transport de quantité de mouvement sous champ magnétique rotatif signale une faible contribution de l'advection dans le phénomène observé. Les simulations numériques ont également montré que la réduction de la dispersion axiale était le résultat d'une diffusivité effective anisotrope anormale dans le ferrofluide suggérant une échelle de mélange de l’ordre de quelques nanomètres dictée par l’effet de la rotation du champ magnétique sur la matrice liquide porteuse non-magnétique des NPM.. Dans le troisième chapitre, les propriétés de transport de masse du ferrofluide identifiées ont ensuite été examinées pour des applications de mélange et de micromélange via des techniques réactionnelles. Une étude comparative a été menée pour évaluer l'efficacité du mélange entre des fluides magnétiques et non magnétiques dans un mélangeur de type T capillaire, cylindrique et soumis à des champs magnétiques statique (CMS), oscillant (CMO) et rotatif. En utilisant la réaction modèle de Villermaux-Dushman, nous avons mis en évidence la sensibilité de la sélectivité de cette réaction au micromélange et au transfert de masse au niveau moléculaire. Les résultats ont montré une réduction substantielle de la résistance au transport à l’échelle nanométrique avec des effets mesurables sur la distribution des produits lorsque le mélange est stimulé par un cham magnétique rotatif. Dans le chapitre quatre, nous étendons le concept de mélange NPM/CMR aux ferrogels, préparés en ensemençant des (dipôles durs) nanoparticules de cobalt-ferrite dans un hydrogel de polyacrylamide. L'analyse quantitative des données d’aimantation a révélé l'existence de NPM hydrodynamiquement libres, donc sensibles à la relaxation brownienne, ainsi que des NPM mécaniquement bloquées dans la structure du ferrogel. Un ferrogel contenant des MNP hydrodynamiquement libres engendre des diffusivités effectives d’un soluté passif largement supérieures à la diffusion moléculaire intrinsèque mesurée pour le même soluté au sein de la structure de ferrogel en absence de champ magnétique rotatif. Les résultats expérimentaux et théoriques de cette thèse pourraient ouvrir la voie à l’utilisation de MNP/ferrofluide stimulés par champ magnétique pour la conception et le développement de systèmes micro-fluidiques et de matériaux magnétiques multifonctionnels dotés de propriétés de transport contrôlables à distance.
The solution of advection-diffusion equation coupled to FHD equations of motion predicted weak contribution of advection in the observed phenomenon. The numerical simulations showed that the reduced axial dispersion is the outcome of anomalous anisotropic effective diffusivity in ferrofluid exposed to external uniform RMF. In chapter three, the identified mass transport properties of ferrofluid were further examined for (micro)-mixing applications in reaction engineering. A comparative study was conducted to evaluate the mixing efficiency between magnetic and non-magnetic fluids in a cylindrical capillary T-type mixer subjected to static (SMF), oscillating (OMF) and rotating magnetic fields. By using a probe reaction set (the Villermaux-Dushman reaction) with sensitive selectivity to mass transfer rate, mixing at molecular level was also investigated. The results showed substantial elimination of mass transfer rate influence on product distribution of chemical reactions when the mixing process is intensified with RMF. In chapter four, we extend the concept of mixing by MNP/RMF to ferrogels, prepared by seeding hard-dipole cobalt-ferrite MNP in polyacrylamide hydrogels. Quantitative analysis of magnetization data indicated the existence of hydrodynamically free MNPs, susceptible to Brownian relaxation along with mechanically blocked ones. A ferrogel consisting of hydrodynamically free MNP exhibits effective diffusivities higher than the intrinsic molecular diffusion of passive solute within the ferrogel structure. The experimental and theoretical findings in this thesis may open the way for application of magnetic field-stimulated MNP/ferrofluid for design and development of microfluidic systems and multifunctional magnetic materials with remote-controllable transport properties.
In this PhD thesis, the transport of scalars in ferrofluids/ferrogels is theoretically and experimentally studied. The major interest is to experimentally quantify mass transport process in ferrofluids/ferrogels exposed to external magnetic fields and also to understand the mechanisms underlying the observed enhanced mass transport processes through ferrohydrodynamic (FHD) simulations. We also aim at utilizing the identified enhanced transport phenomena in ferrofluids for reaction engineering applications through experimental studies on mixing/micromixing in microchannels. The introduction presents the basic principles and fundamentals of ferrofluid and magnetic nanoparticles (MNP) dynamics from fluid mechanics and colloidal physics perspectives. The framework of ferrohydrodynamics (FHD), encompassing the ferrofluid equations of motion in connection with magnetic relaxation is explained. The recent literature relevant to the subject of scalar transport and mixing in ferrofluids is reviewed and the mechanisms of rate intensification of mass transport in ferrofluid subjected to various types of magnetic fields are discussed. The first chapter reports experimental observations and numerical simulations on the transport of scalars in quiescent Brownian ferrofluids under rotating magnetic field (RMF). The mass transport experiments were conducted in a cylindrical capillary T-mixer in presence/absence of transverse uniform RMF. Significant enhancement in mass transport was observed in presence of RMF in a direction normal to rotation axis of magnetic field. RMF directional control of mass flux enhancement was anisotropic since the molecular diffusion was the only detected transport mechanism in a direction parallel to the capillary axis. The significance of RMF driven ferrofluid advection (spin-up flow) in mass transport enhancement was examined in the light of the solution of advection-diffusion equation and subsequent comparison of numerical predictions with experimental results. Systematic analysis of numerical simulations compared to experimental observations unveiled that the effective diffusivity in ferrofluid consists of a diagonal tensor whose components are a function of RMF frequency and MNP concentration. In the second chapter, we exploited the concept of anisotropic anomalous effective diffusion in ferrofluids to explain the experimentally observed variations of axial dispersion in ferrofluid capillary Poiseuille flow in presence of external RMF. The experimental results showed that residence time distribution (RTD) in presence of RMF is more symmetric with retarded breakthrough time when frequency of RMF and magnetic nanoparticles (MNP) concentration are increased.

Durant les quinze dernières années, une attention particulière a été portée aux effets potentiels sur le vivant des champs radiofréquence (RF) des communications sans fil. Malgré l’intensité des efforts de recherche sur les effets biologiques et sanitaires potentiels des RF, nos connaissances en bioélectromagnétisme n’ont pu suivre l’évolution rapide des technologies.[…] La capacité des RF à provoquer un échauffement des tissus est parfaitement caractérisée. Des recommandations et des normes ont été définies afin de protéger les populations des risques associés, sachant qu’aucun échauffement n’est provoqué par l’exposition aux dispositifs de communications sans fil en raison des très faibles niveaux correspondant. Il est donc capital de savoir si l’on peut totalement exclure que des effets non-thermiques des RF de faible niveau existent au niveau moléculaire au sein de la matière vivante. L’objectif de cette thèse est d’évaluer en temps réel et sur cellules vivantes, les effets de l'exposition aux champs radiofréquences (CW, GSM-1800, UMTS, Wi-Fi, WiMax, LTE), soit au niveau moléculaire en ciblant l’activité du canal ionique TRPV1 qui est l’un des thermorécepteurs de notre organisme, soit au niveau cellulaire en étudiant le comportement général de cellules exposées aux RF à l’aide d’une technique dite « sans marquage », l’impédancemétrie. Le suivi de l’activité du canal TRPV1 sous exposition RF a été réalisé à l’aide de la technique du transfert d’énergie en résonance de bioluminescence (BRET), une technique spectroscopique qui permet l’analyse des interactions protéines-protéines ou des changements de conformation des protéines en temps réel et sur cellules vivantes. La mise en place de cette technique a demandé la construction et la caractérisation de sondes BRET ciblant les canaux TRP ainsi que la mise au point d’un dispositif de mesure déporté des spectres de BRET à l’aide d’une fibre optique, afin de pouvoir exposer les échantillons aux champs RF. La conclusion de ce volet de la thèse est que les RF sont capables d’activer le canal TRPV1 en produisant un échauffement diélectrique, mais qu’en absence d’augmentation de la température il n’y a aucun effet des RF sur le niveau d’activité basal du canal TRPV1 ou sur l’efficacité de la Capsaïcine, un agoniste, à activer TRPV1. L’analyse du comportement global de cellules en culture sous exposition RF a été réalisée à l’aide d’un système xCELLigence modifié afin de pouvoir à la fois suivre le comportement cellulaire par impédancemétrie tout en utilisant le réseau d’électrodes des plaques de mesure pour exposer les cellules mises en culture aux RF. À l’aide de ce dispositif, nous avons pu réaliser des expositions de cellules SH-SY5Y avec un DAS de 24 W/Kg sans provoquer d’échauffement dans le milieu de culture ou dans les cellules. Aucun effet des RF sur le comportement de la lignée de neuroblastome SH-SY5Y n’a cependant pu être mis en évidence, que ce soit en absence ou en présence d’une co-stimulation par un agent chimique. La conclusion de cette étude est que dans des conditions où la température reste stable, nous n’avons pas pu mettre en évidence de modification du fonctionnement du vivant que ce soit au niveau moléculaire ou au niveau cellulaire. Les outils développés dans ce travail de thèse ouvrent, de plus, d’importantes perspectives tant dans le domaine du criblage de médicaments candidats à l’aide du BRET spectral, que pour de futures études en bioélectromagnétisme
The biological and health effects of radiofrequency (RF) electromagnetic fields (EMF) exposure have been very actively studied in the past two decades, mainly triggered by concerns about potential health effects of wireless communication systems. This physical agent is among the most common, fastest-growing environmental factors, triggering concerns in the population, as even a minor effect of EMF exposure on health could have a major public health impact. While the effects of extremely low frequency electromagnetic fields (ELF EMF) on the excitation of nerve and muscle cells have been well-characterized, the only well-described effects of radiofrequency electromagnetic fields (RF EMF) on biological systems are caused by dielectric-relaxation heating. In contrast, “nonthermal” RF EMF effects refer to other potential biological effects that are not caused by temperature elevation of living tissue or cell culture medium. The investigation of such mechanisms has been hampered by the absence of robust, reliable and repeatable effects occurring as a consequence of low-level exposures, for which temperature elevation is minimal. Moreover, no plausible mechanistic hypotheses have been given concerning thermal or nonthermal effects of low-level RF EMF exposures, making difficult to draw conclusions on the basis of available experimental results. Nonetheless, in 2011, the International Agency for Research on Cancer (IARC) classified RF emitted by cell phones as “possibly carcinogenic to humans” (Class 2B). The characterization of nonthermal biological RF EMF effects is therefore of primary importance for setting safety limits since guidelines and standards have so far been set to protect from the known health risks associated only with the thermal effects of RF EMF exposures. The aim of this basic science thesis work is to characterize the effects of environmental RF EMF signals on living matter at the cellular and molecular level. In this work, we took advantage of modern and innovative methods to observe the behavior of living matter under RF EMF exposure in real time at various specific absorption rates (SAR). In particular, we have studied: (i) Specific RF EMF effects on the ionic channel TRPV1, a major thermoreceptor in our body. TRPV1 activation under RF EMF exposure was studied using the bioluminescence resonance energy transfer (BRET) technique. The implementation of this technique called for the construction and characterization of BRET probes targeting TRP channels as well as the development of a device for the remote measurement of BRET spectra, using an optical fiber. The conclusion of this part of the thesis is that RFs are able to activate the TRPV1 channel by producing a dielectric heating but in the absence of temperature increase there is no RF effect on the basal activation state of TRPV1 and no change of capsaicin maximal efficacy to activate TRPV1. (ii) The analysis of the global behavior of cells in culture under RF exposure was carried out using a modified xCELLigence system where the array of electrodes of the measuring plates were also used to expose the cells to RF EMF. Using this device, we were able to perform SH-SY5Y cell exposures with a SAR of 24 W/kg without causing heating in the culture medium or in the cell culture. No effect of RF EMF on the behavior of the neuroblastoma SH-SY5Y line could however be demonstrated, either in the absence or in the presence of a co-stimulation by a chemical agent. The conclusion of this study is that under conditions where the temperature remains stable, we have not been able to demonstrate any changes in the functioning of living cells, ether at the molecular level or at the cellular level. The tools developed in this thesis work offer important prospects both in the field of drug screening using spectral BRET, and pave the ways for future studies in bioelectromagnetics

Dans cette thèse, nous abordons la question des champs magnétiques générés par les systèmes de transfert d’énergie sans contact pour les véhicules en mouvement. En effet, ces systèmes utilisent de fortes puissances afin de transférer le plus d’énergie possible en un laps de temps très court, par conséquent, les champs magnétiques mis en jeu sont très intenses et peuvent être nocifs pour la santé humaine. L’objectif des travaux présentés dans ce document est de développer une plateforme de simulation, permettant d’obtenir la répartition des champs magnétiques autour du coupleur pour des systèmes génériques (indépendant de la géométrie ou de la fréquence), afin de mettre en place les périmètres de sécurité visant à garantir la sécurité physique des usagers. Les chapitres de ce manuscrit illustrent, étape par étape, la modélisation, la cosimulation et la validation expérimentale d’un système de charge sans contact simplifié en mouvement. En effet, d’une part une méthodologie de modélisation du coupleur conjuguée à la simulation globale du système de charge sans contact est proposée, et d’autre part, un modèle analytique est développé permettant de calculer les courants induits dans le secondaire d’une configuration simpliste du coupleur, ce modèle se distingue par un temps de résolution très court et des résultats très précis. Afin de valider l’approche de modélisation développée, un banc de test expérimental est réalisé. Les grandeurs électriques (courants, tensions) et magnétiques (inductances, induction magnétique) calculées numériquement sont confrontées aux mesures réalisées sur ce banc, dans le but d’attester de la précision des modèles de simulation et du modèle analytique proposés
This thesis deals with the magnetic fields generated in the vicinity of a dynamic wireless power transfer system for electric vehicles. The objective of this work is to develop a novel methodology dedicated to these systems, fully independent of the characteristics of the system (i.e. geometry and frequency). The magnetic fields generated by such systems can be harmful to human health, since they are induced by high intensity currents in order to transfer high power in short ranges, thus the assessment of the magnetic fields in vicinity of the system is critical for this technology. The chapters of this thesis describe step by step, the modeling, the co-simulation and the experimental validation of a simplified dynamic wireless power transfer system. Indeed, a modeling methodology of the coupler considering the simulation of the whole system is suggested. Furthermore, an analytical model was developed especially for these systems, in order to get the induced current in a short time for any generic system. For the purpose of approving the modeling approach, an experimental bench consisting of a real scale dynamic wireless power transfer system was designed in order to compare the electric (current, voltage) and the magnetic quantities (inductance, magnetic induction) obtained from the simulation and from the experimental data

Ce travail porte sur l'étude des mécanismes d'endommagement et de rupture des matériaux métalliques sous sollicitation dynamique. Pour de grandes vitesses de déformation, il apparaît une localisation de la déformation sous forme de fines bandes appelées bandes de cisaillement adiabatique (BCA). Comme la durée de sollicitation est très courte, la dissipation de l'énergie mécanique sous forme de chaleur génère de fortes hétérogénéités de température. Pour étudier les mécanismes d'amorçage et de propagation d'une BCA lors d'un essai de torsion dynamique, nous avons développé un dispositif de mesure par pyrométrie : pour les "basses températures" comprises entre 50°C et 300°C, nous utilisons une barrette de 32 détecteurs infrarouges InSb afin d'étudier les hétérogénéités de température pendant l'amorçage de la BCA. La fréquence d'acquisition est de 1MHz et la résolution spatiale de 43µm. Pour les "hautes températures" comprises entre 800°C et 1600°C, nous utilisons une caméra intensifiée sensible dans le visible. La résolution spatiale est de 2µm et le temps d'ouverture est de 10µs. Ce dispositif a montré que la température pouvait dépasser 1100°C avec hétérogénéité au sein même de la bande. Pour interpréter ces résultats, nous avons développé un modèle thermomécanique bidimensionnel de l'éprouvette de torsion. Un défaut de rugosité a été inséré au centre de l'éprouvette et une loi de comportement élasto-thermoviscoplastique a été choisie. Les paramètres de la loi d'écoulement plastique de type Johnson-Cook ont été identifiés à partir d'essais statiques et dynamiques à différentes températures. La solution obtenue avec le code de calcul éléments finis Abaqus permet de simuler l'amorçage et la propagation de la BCA. La confrontation entre l'expérience et le modèle nous a permis de proposer un mécanisme d'amorçage de multiples BCA suivi d'interactions et d'annihilations des BCA entre elles.

Le sujet de cette thèse porte sur les calculs numériques de deux observables quantiques influents à l'échelle submicrométrique : le premier étant la force de Casimir et le second étant le transfert thermique radiatif. En champ proche, ces deux grandeurs physiques sont à l'origine de nombreuses applications potentielles dans le domaine de la nano-ingénierie. Elles sont théoriquement et expérimentalement bien évaluées dans le cas de géométries simples, comme des cavités de Fabry-Pérot formées par deux miroirs plans parallèles. Mais dans le cas des géométries complexes invariablement rencontrées dans les applications nanotechnologiques réelles, les modes électromagnétiques sur lesquels elles sont construites sont assujettis à des processus de diffractions, rendant leur évaluation considérablement plus complexe. Ceci est le cas par exemple des NEMS ou MEMS, dont l'architecture est souvent non-triviale et hautement dépendante de la force de Casimir et du flux thermique, avec par exemple le problème de malfonctionnement courant dû à l'adhérence des sous-composants de ces systèmes venant de ces forces ou flux. Dans cette thèse, je m'intéresse principalement à des profils périodiques de forme corruguée ---c'est-à-dire en forme de créneaux--- qui posent d'importantes contraintes sur la simplicité de calcul de ces observables. Après une revue fondamentale et théorique jetant les bases mathématiques d'une méthode exacte d'évaluation de la force de Casimir et du flux thermique en champ proche centrée sur la théorie de diffusion, la seconde et principale partie de ma thèse consiste en une présentation des estimations numériques de ces grandeurs pour des profils corrugués de paramètres géométriques et de matériaux diverses. En particulier, j'obtiens les tous premiers résultats exacts de la force de Casimir hors-équilibre-thermique et du flux thermique radiatif entre des surfaces corruguées. Je conclus par une proposition de conception d'un modulateur thermique pour nanosystèmes basée sur mes résultats.

During the last decades, public awareness of the environmental, economic and social consequences of using fossil fuels has considerably grown. Moreover, not only the supply of fossil resources is limited, but also the environmental impact represents a relevant issue, so leading to an increased consideration of clean and renewable alternatives to traditional technologies. During recent years, the automotive industry has shown a growing interest in electric and hybrid electric vehicles. However, the transition to all-electric transportation is now limited by the high cost of the vehicles, the limited range and the long recharging time. Distributed IPT (inductive power transfer) systems can be the solution to the range restrictions of EVs by charging the vehicle while driving thanks to, a set of loosely coupled coils, so also reducing required battery size as well as overall cost of the vehicle. The concept of wireless power transfer via magnetic induction was introduced two decades ago. Nowadays, this technology is becoming more efficient and more suitable for new applications. This dissertation made an effort to address the requirements of IPT EV battery charging system with high efficiency and good tolerance to misalignment. A survey of a typical IPT for EV application has been reported, while a concentrated DD-BP solution has been proposed in order to enhance the IPT charging system capability of transferring power to a stationary EV with good efficiency and good tolerance to movement. The current trend in EV battery charging application is represented by the lamped coil system, whose different structures have been reviewed. Moreover, this thesis presented the design of a charging pad magnetic structure, called Double D pad combined with a Bipolar secondary pad, in order to enhance coupling performance. A finite element magnetic analysis has been performed in order to obtain the electric parameters of the proposed magnetic coupler. Furthermore, a mathematical model has been developed by considering the different sides of the system. The mathematical model allows to accurately predict the behavior of inductive coils and coreless transformer. A set of simulation has been carried out in order to compare the analytical and simulated results. The proposed EV IPT system has shown the feasibility of using fixed frequency, single pick up system to transfer power efficiently across a large air gap, with variable coupling. This result has been reached by means of proper design of the charging pad magnetics, of tuning network and of a pick-control based on a buck boost converter topology.

During the last decades, public awareness of the environmental, economic and social consequences of using fossil fuels has considerably grown. Moreover, not only the supply of fossil resources is limited, but also the environmental impact represents a relevant issue, so leading to an increased consideration of clean and renewable alternatives to traditional technologies. The automotive industry has shown a growing interest in electric and hybrid electric vehicles. However, the transition to all-electric transportation is now limited by the high cost of the vehicles, the limited range and the long recharging time. Distributed Inductive Power Transfer (IPT) systems can be the solution to the range restrictions of EVs by charging the vehicle while driving thanks to, a set of loosely coupled coils, so also reducing required battery size as well as overall cost of the vehicle. The concept of wireless power transfer via magnetic induction was introduced two decades ago. Nowadays, this technology is becoming more efficient and more suitable for new applications. This dissertation made an effort to address the requirements of IPT EV battery charging system with high efficiency and good tolerance to misalignment. A survey of a typical IPT for EV application has been reported, while a concentrated DD-BP solution has been proposed in order to enhance the IPT charging system capability of transferring power to a stationary EV with good efficiency and good tolerance to movement. The current trend in EV battery charging application is represented by the lamped coil system, whose different structures have been reviewed. On the contrary, this thesis presented the design of a charging pad magnetic structure, called Double D pad combined with a Bipolar secondary pad, in order to enhance coupling performance. A finite element magnetic analysis has been performed in order to obtain the electric parameters of the proposed magnetic coupler. Furthermore, a mathematical model has been developed by considering the different sides of the system. The mathematical model allows to accurately predict the behavior of inductive coils and coreless transformer. A set of simulation has been carried out in order to compare the analytical and simulated results. The proposed EV IPT system has shown the feasibility of using fixed frequency, single pick up system to transfer power efficiently across a large air gap, with variable coupling. This result has been reached by means of proper design of the charging pad magnetics, of tuning network and of a pick-control based on a buck boost converter topology.The research presented in this work was an attempt to address the problems related to the design and control of an IPT system, in order to achieve the power transfer with good efficiency, also having a wider tolerance to physical movement and changes in the coupling with respect to conventional loosely coupled systems.

Malgré le mécanisme de base du transport protonique (PT) dans l'eau ait été proposé en 1806, à ce jour il n'existe pas de théorie complète qui décrive la protolyse. Ce phénomène est à la base du fonctionnement des batteries à hydrogène et de nombreux processus biologiques. Grâce à la technique de dynamique moléculaire Car-Parrinello (CPMD) et à l'aide de l'application d'un champ electrique (EF), une partie de cette thèse a été consacrée à l'étude du PT dans deux phase de la glace: la phase Ih et sa contrepartie ferroélectrique, la glace XI. Certains mécanismes ont été révélés: le rôle joué par les oxygènes lorsque se produit le PT et la contribution du (dés)ordre afin d'assister ce processus [1,2]. Le phénomène du PT est aussi à la base de nombreaux convertisseurs d'énergie constitués par le méthanol tels que le Direct Methanol Fuel Cells et les membranes Nafion. Afin de révéler la nature intime du PT dans le méthanol liquide, une série de simulations CPMD ont été menées sous l'effet d'un EF extérieur. De cette façon il a été possible de comparer le rôle joué par les liasons hydrogène afin d'assister le PT [3]. De plus, quand les intensités du champ sont plus élevées que celles qui donnent lieu au PT, certaines réactions chimiques ont été observées dans le même échantillon "numérique" du méthanol. En exploitant des paramètres typique de la "Théorie de la fonctionnelle de la densité conceptuelle", il a été possible de clarifier les conditions qui donnent lieu à ces réactions chimiques. Enfin, afin de quantifier la contribution du EF à la formation de méthane et de formaldéhyde dans le système, des simulations de métadynamique en conjonction à ceux ab initio ont été menées
Although the basic mechanism of the proton transfer (PT) phenomenon in water has been envisaged in 1806, nowadays does not exist a detailed theoretical framework that envelop the protolysis process. This phenomenon is at the base of the operation of hydrogen batteries, as well as of many biological processes. Via the Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD) technique and by means of the application of an electric field (EF), part of this thesis has been devoted to the detailed study of PT in two ice phases: ice Ih and its ferroelectric counterpart, ice XI. Several previously unknown mechanisms have been shown. As an example, the role played by the oxygens when a PT occurs and the contribution due to (dis)order in assisting this process [1,2]. The PT phenomenon is also at the base of the functioning of some methanol-based energy converters such as Nafion membranes. To the aim of disclosing the intimate nature of PT in liquid methanol, a series of CPMD simulations have been carried out by applying an external EF; the role played by the H-bond network have been also compared with the similar PT mechanism in water [3]. At field strengths higher than those leading to PT, several chemical reactions have been observed in this sample. By exploiting the conceptual Density Functional Theory framework, it has been possible to clarify the circumstances under which a given chemical reaction occurs. Moreover, in order to disclose the role played by the EF in assisting chemical reactions, the mechanism leading to the formation of formaldehyde and methane in the sample has been studied with metadynamics approaches in conjuction with the ab initio ones

L'évaluation des sections efficaces des processus observés lors des collisions entre électrons, atomes, ions et molécules simples est le but de ce travail. La méthode Monte Carlo de trajectoires classiques (CTMC) qui a été souvent utilisée pour le calcul de telles sections efficaces est ici étendue pour traiter des collisions à quatre et cinq corps et appliquée à l'étude des collisions H-H, H+ -H2+, He++ -H2+, H+ -H2. Pour élargir le champ d'application, des calculs quantiques du type de combinaison linéaire des fonctions d'ondes atomiques (LCAO) et une évaluation des sections efficaces d'ionisation e - gaz rares ont été aussi effectués. Les sections efficaces d'ionisation et de transfert de charge(s) obtenues par ce travail ont été comparées avec celles venant des calculs disponibles dans la littérature et aussi de l'expérience. On a ainsi vérifié qu'on peut obtenir par la méthode CTMC des résultats fiables dans un grand domaine d'énergies de collision. Pendant ce travail, une étude détaillée des catégories de trajectoires qui constituent la solution du problème dynamique à peu de corps a été nécessaire
Cross section evaluation for the reactions observed in collisions between electrons, ions and simple molecules is the aim of this work. The classical trajectory Monte Carlo method (CTMC) which had been frequently used for calculating such cross sections is here extented in order to treat four-and five-body collisions and applied to the study of H-H, H+ -H2+, He++ -H2+, H+ -H2 collisions. In order to extend the apllication field, quantum calculations of the type of linear combinasion of atomic orbitals (LCAO) and an evaluation of e - rare gas ionization cross sections have been also carried out. The ionization and charge transfer cross sections obtained by this work have been compared with those coming from calculations avaible in the literature, but also with the experiemntal results. It has been so verified that using the CTMC method we can obtain reliable results in a wide domain of collision energies. During this work, a detailed study of the categories of trajectories which constitute the solution of the few-body dynamical systems has been necessary. .

La plupart des méthodes de traitement automatique des langues (TAL) peuvent être formalisées comme des problèmes de prédiction, dans lesquels on cherche à choisir automatiquement l'hypothèse la plus plausible parmi un très grand nombre de candidats. Malgré de nombreux travaux qui ont permis de mieux prendre en compte la structure de l'ensemble des hypothèses, la taille de l'espace de recherche est généralement trop grande pour permettre son exploration exhaustive. Dans ce travail, nous nous intéressons à l'importance du design de l'espace de recherche et étudions l'utilisation de contraintes pour en réduire la taille et la complexité. Nous nous appuyons sur l'étude de trois problèmes linguistiques — l'analyse morpho-syntaxique, le transfert cross-lingue et le problème du réordonnancement en traduction — pour mettre en lumière les risques, les avantages et les enjeux du choix de l'espace de recherche dans les problèmes de TAL.Par exemple, lorsque l'on dispose d'informations a priori sur les sorties possibles d'un problème d'apprentissage structuré, il semble naturel de les inclure dans le processus de modélisation pour réduire l'espace de recherche et ainsi permettre une accélération des traitements lors de la phase d'apprentissage. Une étude de cas sur les modèles exponentiels pour l'analyse morpho-syntaxique montre paradoxalement que cela peut conduire à d'importantes dégradations des résultats, et cela même quand les contraintes associées sont pertinentes. Parallèlement, nous considérons l'utilisation de ce type de contraintes pour généraliser le problème de l'apprentissage supervisé au cas où l'on ne dispose que d'informations partielles et incomplètes lors de l'apprentissage, qui apparaît par exemple lors du transfert cross-lingue d'annotations. Nous étudions deux méthodes d'apprentissage faiblement supervisé, que nous formalisons dans le cadre de l'apprentissage ambigu, appliquées à l'analyse morpho-syntaxiques de langues peu dotées en ressources linguistiques.Enfin, nous nous intéressons au design de l'espace de recherche en traduction automatique. Les divergences dans l'ordre des mots lors du processus de traduction posent un problème combinatoire difficile. En effet, il n'est pas possible de considérer l'ensemble factoriel de tous les réordonnancements possibles, et des contraintes sur les permutations s'avèrent nécessaires. Nous comparons différents jeux de contraintes et explorons l'importance de l'espace de réordonnancement dans les performances globales d'un système de traduction. Si un meilleur design permet d'obtenir de meilleurs résultats, nous montrons cependant que la marge d'amélioration se situe principalement dans l'évaluation des réordonnancements plutôt que dans la qualité de l'espace de recherche
Most natural language processing tasks are modeled as prediction problems where one aims at finding the best scoring hypothesis from a very large pool of possible outputs. Even if algorithms are designed to leverage some kind of structure, the output space is often too large to be searched exaustively. This work aims at understanding the importance of the search space and the possible use of constraints to reduce it in size and complexity. We report in this thesis three case studies which highlight the risk and benefits of manipulating the seach space in learning and inference.When information about the possible outputs of a sequence labeling task is available, it may seem appropriate to include this knowledge into the system, so as to facilitate and speed-up learning and inference. A case study on type constraints for CRFs however shows that using such constraints at training time is likely to drastically reduce performance, even when these constraints are both correct and useful at decoding.On the other side, we also consider possible relaxations of the supervision space, as in the case of learning with latent variables, or when only partial supervision is available, which we cast as ambiguous learning. Such weakly supervised methods, together with cross-lingual transfer and dictionary crawling techniques, allow us to develop natural language processing tools for under-resourced languages. Word order differences between languages pose several combinatorial challenges to machine translation and the constraints on word reorderings have a great impact on the set of potential translations that is explored during search. We study reordering constraints that allow to restrict the factorial space of permutations and explore the impact of the reordering search space design on machine translation performance. However, we show that even though it might be desirable to design better reordering spaces, model and search errors seem yet to be the most important issues

Dans la première partie de cette thèse, nous étudions le renversement de l'aimantation de nanofils d'alliage FePt à forte anisotropie magnétocristalline. Lorsque la largeur du fil devient inférieure à la taille des dendrites, nous avons montré qu'il existe une transition du processus de renversement de l'aimantation, de la croissance de dendrites vers la propagation d'une paroi magnétique unique qui renverse tout le fil. Au-delà, la diminution de la largeur du fil jusqu'à la taille caractéristique du désordre et/ou de la rugosité moyenne conduit au renforcement de la coercivité. Ceci conduit finalement dans les fils ultra-fins à un renversement consistant en un mélange de nucléation de domaines et de propagation de parois magnétiques. Dans la deuxième partie, nous rapportons l'utilisation de la magnétorésistance de Magnon (MMR), qui provient de la contribution des magnons à la résistivité, pour mesurer le renversement d'aimantation, dans des nanostructures avec aimantation perpendiculaire (FePt) ou planaire (NiFe). Nous avons montré que la MMR peut être utilisée pour détecter le retournement de l'aimantation dans les nanofils et nano-aimants, et en particulier pour détecter la position d'une paroi magnétique le long d'un nanofil fabriqués à partir d'une couche unique. Enfin, nous étudions dans une dernière partie la dynamique de dépiégeage de paroi magnétique sous champ et sous courant, dans les deux systèmes FePt et NiFe. Nous observons trois types de dépiégeage de paroi, qui dépendent de la nature des défauts ou de la géométrie de la constriction. L'analyse statistique du temps de piégeage montre que le processus de dépiégeage peut être décrit comme procédant d'un chemin simple, de chemins en série, ou de chemins alternatifs. En outre, l'effet du courant sur tous ces mécanismes de dépiégeage s'est révélé équivalent à l'effet du champ appliqué, ce qui permet de mesurer l'efficacité du transfer de spin dans ces systèmes
In the first part of this thesis, we study the magnetization reversal process of FePt nanowires with high magnetocrystalline anisotropy. When reducing the wire width below the mean dendrite width, the magnetization reversal favors a transition from the dendrite growth to the propagation of a single domain wall (DW). Further decreasing of the width towards the disorder length and/or the mean edge roughness leads to a large increase of coercivity, which finally results in a mix of DW propagation and nucleation in ultra-narrow wires. The second part focuses on the use of Magnon magnetoresistance (MMR), i.e., the magnon contribution to the resistivity, to study the magnetization reversal in nanostructures with either perpendicular (FePt) or planar magnetization (NiFe). We showed that MMR can be used in nanowires and nanomagnets, in particular to detect DW position in nanowires processed in a single layer. Finally, the dynamic of DW depinning under field and current in both FePt and NiFe systems has been studied. We observe three different modes of DW depinning, which depend on the nature of defects, or on the geometry of the constriction. Statistical analysis of the pinning time indeed shows that the depinning path can be described as simple path, serial paths or alternative paths. Additionally, the effect of DC current on all depinning mechanisms is found to be equivalent to the effect of applied field which, allow measuring the spin transfer efficiency in these systems

Ce travail porte sur l’étude de la convection créée par un champ magnétique perpendiculaire à la surface de l’électrode et les effets de cette convection sur l’électrodéposition du cuivre et de l’alliage cobalt-fer. Il montre que les modifications du courant d’électrolyse engendrées par le champ magnétique résultent de la convection créée par la force paramagnétique. Par la comparaison de deux systèmes à espèces électroactives paramagnétiques et deux systèmes à espèces électroactives diamagnétiques nous avons montré le rôle que joue la nature de l’espèce électrochimique dans les augmentations du courant limite. Des relations théoriques des courants limites ont pu être determinées et vérifiées à l’aide de nos résultats expérimentaux stationnaires et dynamiques. La nucléation du cuivre sur titane oxydé n’est pas influencée par un champ magnétique perpendiculaire à la surface de l’électrode. En revanche une modification de l’épaisseur et de la rugosité des dépôts du cuivre est enregistrée. Les diffractogrammes de diffraction des rayons X montrent des modifications de texturations des différentes phases de l’alliage CoFe électrodéposé avec ou sans champ magnétique. Avec un champ magnétique parallèle à l’électrode une seule phase d’alliage Co7Fe3 fortement texturée est révélée alors qu’à champ magnétique nul ou perpendiculaire à l’électrode, lesphase du cobalt cfc et de l’alliage Co7Fe3 toujours texturées sont visibles
This work is devoted to the study of the convection created by a magnetic field perpendicular to the electrode surface and to the effects of this convection on copper and cobalt-iron alloy electrodeposition. By comparison of two systems with paramagnetic electroactive species and two systems with diamagnetic electroactive species, it has been proved that the electrolysis currentmodifications are due to the convection generated by a paramagnetic force. Theoretical relations have been determined and confirmed by stationary and dynamic results. The copper nucleation on titanium oxide is not changed by a magnetic field perpendicular to the electrode surface. However we note modifications in measuring thickness and roughness of copper deposits. The XRD diffractograms exhibit changes in texture of CoFe alloy electrodeposited with or without superimposed magnetic field. When a magnetic field is applied in a direction parallel to the electrode surface, only textured Co7Fe3 phase can be seen. Whereas textured fcc Co and Co7Fe3 phases are detected without magnetic field or with a magnetic applied in a perpendicular direction to the surface electrode

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique d’imagerie médicale largement utilisée pour son caractère non-invasif et pour sa capacité à explorer les tissus mous. Des techniques IRM avancées et innovantes ont été développées de manière à améliorer la spécificité du signal des techniques conventionnelles et ainsi accéder à de nouvelles informations. Un axe de recherche particulièrement important en IRM concerne la possibilité d’accéder in vivo à des informations sur la myéline. Cette dernière est un constituant majeur du système nerveux central qui assure la bonne conduction nerveuse. Sa dégradation est l’une des caractéristiques de la sclérose en plaques, qui est la première cause de handicap sévère non traumatique chez le jeune adulte. Imager la myéline par IRM demeure néanmoins un challenge du fait du temps de relaxation T2 très court des protons la constituant. Le transfert d’aimantation inhomogène (ihMT) est une technique récemment découverte qui permet d’isoler le signal de composantes macromoléculaires grâce à leurs propriétés de relaxation dipolaire, caractérisées par la constante T1D. L’objectif de ce travail de thèse a concerné la validation de la technique ihMT comme biomarqueur de la myéline et l’évaluation de la spécificité du signal pour la myéline, sur des modèles murins (souris)
Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive medical imaging technique, widely used to explore soft tissues. Advanced and innovated MRI techniques have been developed to improve the specificity of conventional MR sequences thus allowing accessing new information. A particularly important research topic concerns the ability to in vivo access myelin information. Myelin is a major component of the central nervous system responsible for a good nerve conduction. Myelin alteration occurs in multiple sclerosis, one of the main cause for young adult permanent disability. However, myelin MRI is challenged by the very short relaxation time, T2, of myelin protons. Inhomogeneous magnetization transfer (ihMT) is a recent technique, which allows assessing macromolecular tissue component by exploiting their dipolar order relaxation properties, characterized by the time constant T1D. The objective of this thesis concerned the validation of ihMT as a myelin biomarker and the evaluation of the specificity of ihMT for myelin on mouse models

Cette thèse a pour objet l'étude expérimentale de l'écoulement en aval d'un obstacle chauffé ou non (cylindre circulaire ou ruban) dans une gamme de nombres de Reynolds où le sillage 2D-périodique est caractérisé par l'existence d'une allée de Benard-Von Karman. Cette étude a été entreprise dans l'air et dans l'eau, en utilisant l'ADL pour la mesure des vitesses et la thermométrie à fil froid ou à thermocouple à fil fin pour la mesure des températures. Des études antérieures ont montré que ce type d'écoulement était très sensible au chauffage de l'obstacle, conduisant à une stabilisation dans le cas des gaz et à une déstabilisation dans le cas des liquides. L'objectif principal de cette étude a été de prendre en compte l'influence du chauffage sur le régime de l'écoulement quand ce contrôle thermique est uniquement dû aux modifications des propriétés physiques du fluide. Après une étude du champ de vitesse en aval d'un obstacle non chauffé, la même étude est entreprise dans le cas où l'obstacle est chauffé. Pour appréhender l'effet du chauffage sur le régime d'écoulement, les notions de température effective et de nombre de Reynolds effectif re#e#f#f ont été développées. L'ensemble des résultats obtenus dans l'air et dans l'eau montre que les caractéristiques de l'écoulement sont similaires dans des situations ou les re#e#f#f sont identiques, pour des valeurs différentes des vitesses amonts et du chauffage. L'utilisation de re#e#f#f permet également de comparer les champs thermiques dans l'air et dans l'eau. L'effet du nombre de Prandtl se traduit par des largeurs initiales des sillages thermiques beaucoup plus faibles dans l'eau que dans l'air et des écarts de température moyenne et des intensités des fluctuations de température beaucoup plus élevées dans l'eau que dans l'air. En revanche le nombre de Nusselt de l'obstacle chauffé dépend d'un nombre de Reynolds intermédiaire entre re#f#i#l#m et re#e#f#f.

Ce mémoire présente le développement d’une nouvelle méthode de mesure de forts champs électromagnétiques, appelée méthode MICHELSON. Cette étude a été financée par la Délégation Générale pour l’Armement (DGA). Cette méthode repose sur un équipement simple composé d’une cible passive et d’une antenne de réception classique. La cible est éclairée par le champ à mesurer et le diffracte dans différentes directions, l’antenne de réception mesure le champ diffracté à un emplacement donné ; le but est de remonter au champ incident à partir de la tension relevée à la sortie de l’antenne. Le fait de déporter la mesure permet de ne récupérer qu’une fraction du champ incident, et une instrumentation bas niveau suffit pour mesurer le champ fort. Des collaborations avec le Centre d’Etudes de Gramat (CEG) et le Laboratoire de Génie Electrique (LGE) de Pau ont été menées pour valider la méthode sur des sources MFP bande étroite et large bande. Ces expérimentations forts niveaux ont permis d’établir les performances de la méthode MICHELSON et de les comparer à celles des capteurs spécifiques existants
This document presents the development of a new method for the high electromagnetic field measurement, called MICHELSON method. This study was supported by the French armament agency (DGA). This method is based on a simple equipment which is composed of a passive target and a classical receiving antenna. The target is illuminated by the field to measure and diffracts it in different directions, the receiving antenna measures the diffracted field in a given location; the purpose is to get the incident field from the receiving antenna output voltage. The fact to move the measurement permits to recover only a fraction of the incident field, permits to measure high fields from a low level instrumentation. Collaborations with the Centre d’Etudes de Gramat (CEG) and with the Laboratory of Electrical Engineering (LGE) of Pau have been led to validate the method on narrow band and wide band high power microwave sources. These high level experimentations have permitted to establish the performances of the MICHELSON method, which have been compared to those of the specific existing sensors

L’objectif de cette thèse est la préparation de matériaux hybrides polymères conjugués (P3HT et un copolymère dérivé) - nanotubes de carbone, ainsi que leur caractérisation par des méthodes spectroscopiques et par microscopie électronique. Des nanohybrides non-covalents sont obtenus par la sonication des deux composants dans le THF. L’interaction entre ces composants entraîne l’enroulement du polymère autour des nanotubes ainsi que la formation d'agrégats de polymère sur leur surface. L’effet de différents paramètres, tels que la masse molaire du polymère, ont été étudiés. Des nanohybrides covalents sont obtenus en utilisant un copolymère portant une aniline au bout de la chaîne alkyle. Les spectroscopies optique et Raman suggèrent un faible taux de fonctionnalisation ainsi qu’une conformation plus désordonnée des chaînes de polymères par rapport aux nanohybrides non-covalents. Des études préliminaires montrent que le copolymère peut fonctionnaliser aussi des dispositifs à base de nanotubes de carbone. Le bas taux de fonctionnalisation ne permet pas de conclure sur la modification des propriétés électroniques, mais les défauts induits permettent l’observation d’un photocourant
The objective of this thesis is the preparation of conjugated polymers (P3HT and a derivated copolymer) – carbon nanotubes hybrid materials and their characterization through different spectroscopies and transmission electron microscopy. Non-covalent nanohybrids can be obtained by sonicating both components together in THF. The interaction between both components leads to the wrapping of the polymer around the carbon nanotubes as well as the formation of polymer aggregates on the surface of the nanotubes. The effect of different parameters such as the polymer chain length are described. Covalent nanohybrids can be obtained using a specially designed copolymer bearing an aniline at the end of its side chain. Optical and Raman spectroscopies indicate a low level of functionalization, and suggest that the polymer chains are in a more disordered state compared to non-covalent nanohybrids. Preliminary studies show that the obtained copolymer can be used for functionalizing carbon nanotube based devices. Modification of electrical properties of the devices were small and compatible with the low functionalization degree, but the induced defects allow observation of a photocurrent

La caractérisation d'un câble coaxial présentant une symétrie de révolution parfaite, à l'aide de deux paramètres complexes dépendant de la fréquence, ne peut être directement transposée à des câbles ne présentant pas la symétrie de révolution. Nous justifions qu'il est en première approximation suffisant de retenir cinq principaux types de couplage pour caractériser le comportement d'un câble multiconducteur blindé soumis à l'action de sources extérieures. Pour cette démonstration, nous avons construit une classification des réponses d'un écran généralisé cylindrique excité par des sources extérieures, puis une classification des excitations possibles. Sur la base de cette dernière, nous avons pu définir rigoureusement la matrice d' écrantage le long d'un écran cylindrique, et les sources de tension et de courant équivalentes aux champs dans le cas d'un câble multiconducteur blindé. Par ailleurs, en utilisant la réciprocité, nous avons constaté que cette méthode de caractérisation nous permettait de déterminer l'émission d'un écran cylindrique ou d'un câble par un développement en ondes cylindriques. Sur le plan expérimental, nous avons procédé à des mesures locales et à des mesure globales, qui nous ont notamment permis de déterminer les paramètres caractérisant les performances d'écrantage d'un câble multiconducteur pourvu d'un écran à simple tresse. Enfin, les essais d'illumination globale nous ont permis de mettre en évidence une configuration précise dans laquelle les couplages de type 3 et de type 5 jouent un rôle aussi important que le couplage de type l, auquel se limitent encore de nombreuses analyses.

Les travaux s'inscrivent dans le cadre de la protection contre la propagation d'incendie. On distingue les protections actives,regroupant l'ensemble des actions allant de la détection d'un incendie à l'intervention des secours, des protections passivesparties intégrantes de la structure des bâtiments. Ces protections peuvent être appliquées directement sur les structures à protéger par projection, ou venir les recouvrir au moyen de panneaux plus ou moins épais assemblés. L'assemblage de panneaux permet également de former des conduits de ventilation ou de désenfumage. Les travaux entrepris portent sur la caractérisation du comportement de matériaux minéraux dédiés à la construction sous chargement thermique sévère. Le cas de liants hydratés homogènes fortement perméables est particulièrement étudié et les matériaux à base de sulfate de calcium en est l'illustration. En effet, la faible conductivité thermique et la capacité de chaleur latente du plâtre représentent des critères importantspour limiter dans le temps les transferts thermiques. Cependant, son utilisation est limitée par ses faibles propriétésmécaniques. Afin d'identifier et de comprendre les différents mécanismes entrant en jeu lors d'une élévation de température de type incendie, une caractérisation multi-échelle a été développée sur des matériaux à base de gypse. Les travaux sont réalisés avec un plâtre pris fabriqué à partir d'un hémihydrate β naturel gâché à l'eau. A la micro-échelle, la composition du produit de base et ses propriétés thermiques ont été étudiées. Une attention particulière a été portée à lidentification des cinétiques de changements de phases. A la méso-échelle, une caractérisation mécanique et structurale est réalisée à température ambiante. Des essais thermogravimétriques sont également développés : (i) sur des échantillons cylindriques en condition isotherme, ce qui permet d'y associer une analyse dilatométrique et une caractérisation après refroidissement des résistances mécaniques et de la porosité ; (ii) sur des échantillons sphériques, à rampe de chauffe imposée, pour étudier les cinétiques de transferts pour une chauffe isotrope. Le rôle de la micro-échelle est mis en avant pour chaque configuration.A la macro-échelle, nous travaillons avec des panneaux plans dont une des faces est sollicitée thermiquement par élévationde température normalisée : ISO 834. La configuration d'étudeest horizontale. Une caractérisation du comportementthermique, hydrique, chimique, structurale et mécanique est alors mise en oeuvre. L'analyse du comportement espacetempspermet de distinguer l'influence de la température dansl'avancement de la déshydratation mais également le rôle desvitesses de chauffe et de la micro-échelle. Ces travaux se terminent par la caractérisation multi-échelle de mélanges plâtre-fumée de silice. Ces formulations permettent notamment d'améliorer la tenue du matériau à haute température et ainsi de prolonger la durée de protection

Ce mémoire aborde la question de la production d’observables intrinsèques au comportement thermomécanique des matériaux pour mieux en formuler les lois d’états. Ces observables sont les sources de chaleur thermomécaniques, activées par sollicitation mécanique. Ces sources peuvent être reconstruites dans l’espace et le temps par inversion de mesures de champs de température obtenus par thermographie IR. Nous présentons essentiellement deux méthodes développées lors de ce travail de thèse qui reposent sur des approches spectrales réduites (dont la décomposition sur Modes de Branche) et des inversions séquentielles (méthode de Beck) ou itératives (Gradient Conjugué). Concernant cette dernière, nous proposons d’y adjoindre une régularisation efficace en s’inspirant de techniques de filtrage par TSVD. S’agissant de matériaux sujets aux instabilités plastiques (PolyEthylène Haute Densité) pour lesquels les vitesses locales peuvent être non négligeables, l’inversion des mesures en température nécessite que l’on considère un opérateur d’advection-diffusion, qui impose alors l’apport d’une connaissance supplémentaire : le champ de vitesses locales. Celui-ci est mesuré par corrélation d’images 3D et nous détaillons le travail expérimental mené ainsi que les résultats obtenus sur des essais de traction pilotés par vidéo-extensométrie. Nous montrons que pour des essais quasi-statiques à vitesses relativement élevées, les effets d’advection sont généralement négligeables. Nous montrons également en quoi la richesse des informations thermomécaniques (Sources) et cinématiques (Taux de déformation, vitesses) permet de mieux comprendre la dynamique de l’instabilité plastique. Enfin nous critiquons les résultats obtenus sur la reconstruction de source par confrontation des deux algorithmes développés et par une analyse physique des phénomènes observés
This work concerns the way intrinsic observables can be produced, which are related to the thermomechanical behavior of materials and necessary for better formulation of state laws. These observables are Thermomechanical Heat Sources (THS) which are activated through mechanical excitation. These sources can be reconstructed both in space and time by the inversion of measured temperature fields obtained through IR thermography. We develop two main methods in this work which rely on spectral reduced approaches (one of them being the decomposition on Branch Modes) and both on a sequential inversion (Beck’s method) and an iterative one (Conjugated Gradient). Regarding the latter, we suggest to combine the standard approach with an efficient regularization method which comes from the filtering techniques based on TSVD. As we are concerned with materials which can be subjected to plastic instabilities (High Density PolyEthylene) for which local velocities of matter displacement can be non negligible, the inversion of the measurements must be performed with the advection-diffusion operator of heat transfer. It is then necessary to obtained additional knowledge: the velocity field. This one is measured by 3D Digital Image Correlation and we detail the experimental work we have carried out, which are based on tensile tests monitored with video-extensometry. We show that for quasi-static tests at relatively high strain rates, the advective effects are generally negligible. We also show the richness of the information brought by this dual thermomechanical (heat sources) and kinematical (strain-rates, velocities) information. It allows for a better understanding of the plastic instability (necking) dynamics. Lastly, we criticize the obtained results on THS reconstruction by the confrontation between the two algorithms and by a physical analysis of the observed phenomena

Dans la première partie de cette thèse, nous étudions le renversement de l'aimantation de nanofils d'alliage FePt à forte anisotropie magnétocristalline. Lorsque la largeur du fil devient inférieure à la taille des dendrites, nous avons montré qu'il existe une transition du processus de renversement de l'aimantation, de la croissance de dendrites vers la propagation d'une paroi magnétique unique qui renverse tout le fil. Au-delà, la diminution de la largeur du fil jusqu'à la taille caractéristique du désordre et/ou de la rugosité moyenne conduit au renforcement de la coercivité. Ceci conduit finalement dans les fils ultra-fins à un renversement consistant en un mélange de nucléation de domaines et de propagation de parois magnétiques. Dans la deuxième partie, nous rapportons l'utilisation de la magnétorésistance de Magnon (MMR), qui provient de la contribution des magnons à la résistivité, pour mesurer le renversement d'aimantation, dans des nanostructures avec aimantation perpendiculaire (FePt) ou planaire (NiFe). Nous avons montré que la MMR peut être utilisée pour détecter le retournement de l'aimantation dans les nanofils et nano-aimants, et en particulier pour détecter la position d'une paroi magnétique le long d'un nanofil fabriqués à partir d'une couche unique. Enfin, nous étudions dans une dernière partie la dynamique de dépiégeage de paroi magnétique sous champ et sous courant, dans les deux systèmes FePt et NiFe. Nous observons trois types de dépiégeage de paroi, qui dépendent de la nature des défauts ou de la géométrie de la constriction. L'analyse statistique du temps de piégeage montre que le processus de dépiégeage peut être décrit comme procédant d'un chemin simple, de chemins en série, ou de chemins alternatifs. En outre, l'effet du courant sur tous ces mécanismes de dépiégeage s'est révélé équivalent à l'effet du champ appliqué, ce qui permet de mesurer l'efficacité du transfer de spin dans ces systèmes.

Ce travail nous a permis de réaliser une étude de capteurs de gaz et d’humidité à base de graphène. Cette étude pourrait être utile non seulement pour améliorer les performances des capteurs à base de graphène mais aussi pour mieux comprendre l’interaction entre le graphène et les molécules de gaz. Ceci semble indispensable pour faire avancer les applications du graphène comme un matériau prometteur pour la détection des gaz. Des avancées significatives ont été présentées au niveau de la fabrication de ces capteurs, leurs différentes caractérisations électriques ainsi que d’autres techniques employées pour analyser le mécanisme contrôlant la détection des molécules de gaz/vapeur. Ces outils ont été mis en place pour concevoir et fabriquer plusieurs structures de capteur en utilisant différents substrats support du graphène d’une part et en modifiant les propriétés du graphène par utilisation des produits chimiques d’autres part. La caractérisation de ces capteurs sous différents environnements a permis de comparer les différentes réponses des capteurs et d’en tirer plusieurs conclusions sur le fonctionnement de ces dispositifs. En effet, le Mica, un substrat lisse et transparent, a été utilisé comme substrat pour le graphène. Le dopage induit par le mica a été étudié ainsi que son impact sur la sensibilité du graphène au gaz d’ammoniac. Ceci a permis de mettre en évidence le fait que le substrat joue un rôle important pour la détection de l’ammoniac. De plus, ces capteurs fabriques sur mica et SiO2 ont été testés sous différentes conditions de températures et d’oxygène. Dans une autre approche, un polymère a été utilisé pour doper le graphène. Une étude détaillée a été menée pour analyser le comportement de ce graphène fonctionnalisé par rapport aux molécules d’eau. Ces nouveaux résultats expérimentaux obtenus pendant cette thèse constituent un bon support à plusieurs résultats théoriques établis et permettent d’optimiser la conception des capteurs de gaz à base de graphène pour des meilleures performances
In this research, we report on a study of graphene based gas and humidity sensors. This study could be useful not only to improve the performance of graphene based sensors but also to better understand the interaction between graphene and gas molecules. This seems necessary to promote the applications of graphene as a promising material for gas sensing. Significant advances have been made to design and fabricate these sensors: the different electrical characterizations as well as other techniques used to analyze the mechanism controlling the detection of gas/vapor molecules. These tools have been set up to design and manufacture various sensor structures using different underlying substrates for graphene on one hand and chemical modification of graphene properties on the other hand. The characterization of these sensors under different environments was used to compare the different responses of the sensors and draw several conclusions about gas sensing mechanism. Indeed, Mica, a smooth and transparent substrate, was used as a supporting substrate for graphene. Doping induced to graphene by mica and its impact on graphene sensitivity to ammonia gas were studied. This has made it possible to highlight the fact that the substrate plays an important role for the detection of ammonia. In addition, these sensors made on mica and SiO2 were tested under a variety of temperatures and oxygen. In another approach, a polymer was used to dope graphene. A detailed study was realized about the behavior of water molecules on functionalized graphene. The obtained experimental results, reported for the first time, represent a good support for several theoretical studies already made and could be used to optimize the design of graphene based gas sensors

La mise au point des procédés de mise en forme passe généralement par la simulation numérique, et en particulier par la Méthode des Eléments Finis, afin de détecter, entre autres, d'éventuels risques de fissuration et leur propagation, à la fois dans la pièce forgée et les outillages.La méthode classique des éléments finis, ainsi que des variantes spécifiques appliquées à la modélisation de la fissuration, présentent des limitations lorsqu’il s’agit de simuler des problèmes de multi-fissuration dus aux non-linéarités materielles, géométriques et de contact. La nature même d'une fissure – une discontinuité – est contradictoire avec le cadre de la Mécanique des Milieux Continus. En revanche, la Méthode des Éléments Discrets se distingue par sa capacité à gérer efficacement les discontinuités. Elle est utilisée pour modéliser des milieux granulaires ou cohésifs fragiles. Cependant, cette approche présente également des limites, notamment en ce qui concerne la prise en compte des non-linéarités matérielles et les temps de calculs, qui peuvent nécessiter d’importantes capacités de calcul pour simuler des problèmes complexes.L'objectif de ces travaux de thèse est développer une méthode de remaillage dynamique, permettant de passer d'une méthode à l'autre afin de bénéficier des avantages des deux approches. Cet objectif sera atteint en trois étapes.Dans un premier temps, une méthode de couplage sans recouvrement, basée sur la méthode des multiplicateurs de Lagrange, a été développée. Cette méthode vise à assurer une condition de compatibilité des vitesses entre les sous-domaines éléments discrets et éléments finis, afin d’assurer la communication des quantités physiques entre les deux sous-domaines.Dans un second temps, il s'agit d'assurer la continuité des quantités physiques au sein d'une même zone lors de son remaillage. Cette étape est réalisée en utilisant une interpolation polynomiale des déplacements. Cette approche permet déterminer les champs au sein des éléments discrets au moment de la transition entre un sous-domaine des éléments finis et un sous-domaine des éléments discrets. Pour valider ces deux approches, des cas de test ont été mis en place.Enfin, une méthode a été développée pour automatiser la gestion des opérations de couplage et de transfert des champs. Cette approche implique l’utilisation d’une technique de remaillage qui génère automatiquement des sous-domaines discrets à partir de la géométrie de l’ensemble des éléments finis à remplacer.La méthode de remaillage dynamique mise en place dans ces travaux thèse est appliquée sur un cas test de type Kalthoff et validée par comparaison de l'angle de propagation de fissure avec des expériences issues de la bibliographie
The development of forming processes generally involves numerical simulation, particularly using the Finite Element Method, to detect, among other things, potential risks of cracking and their propagation, both in the forged piece and in the tooling.The classical Finite Element Method, as well as specific variants applied to crack modeling, have limitations when it comes to simulating multi-cracking problems due to material, geometric, and contact nonlinearities. The very nature of a crack – a discontinuity – is in opposition to the framework of Continuum Mechanics. On the other hand, the Discrete Element Method distinguishes itself by its ability to effectively handle discontinuities. It is used to model granular or brittle cohesive materials. However, this approach also has limitations, especially regarding the consideration of material nonlinearities and computation times, which may require significant computing resources to simulate complex problems.The objective of this thesis work was to develop a dynamic remeshing method that allowed transitioning between the two methods to leverage the advantages of both approaches. This objective was be achieved in three steps.Firstly, a non-overlapping coupling method based on the Lagrange multiplier method was developed. This method aimed at ensuring the compatibility of velocities between the discrete elements and finite elements subdomains to facilitate the communication of physical quantities between the two subdomains.Secondly, it was necessary to ensure the continuity of physical quantities within the same zone during its remeshing. This step was achieved by using polynomial interpolation of displacements. This approach allowed determining the fields within the discrete elements when the transition between a finite element subdomain and a discrete element subdomain took place. Test cases were set up to validate these two approaches.Finally, a method was developed to automate the management of coupling and field transfer operations. This approach involved the use of a remeshing technique that automatically generated discrete subdomains from the geometry of the entire finite elements to be replaced.The dynamic remeshing method implemented in this thesis work was applied to a Kalthoff test case and validated by comparing the crack propagation angle with experiments from the literature

Le transfert de chaleur entre un fluide et un milieu poreux revêt un intérêt important dans de nombreux processus industriels tels que les régénérateurs, les réacteurs catalytiques et nucléaires et plus récemment les collecteurs solaires. Les travaux présentés constituent une contribution à l'étude des transferts couples de chaleur au sein d'un milieu poreux soumis à un flux radiatif et traversé par un fluide gazeux. Une fois exposées, les approches classiques, on détermine, à partir d'une analyse théorique, les champs de température du milieu solide et du fluide au cours de leurs phases d'évolution dynamique. Par la suite, dans le cadre d'une représentation concrète, l'étude détaillée d'un capteur à absorbeur poreux conduit à la formulation mathématique de trois modèles d'évolution spécifiques au régime transitoire. Pour confirmer la validité de l'analyse, des expériences sont conduites dans les conditions correspondant au modèle. Par ailleurs, une importance particulière est donnée au coefficient d'échange volumique interne au milieu poreux. On examine ainsi à travers des développements simples quelques méthodes conduisant à sa détermination en admettant qu'elles représentent une approche immédiate dans un cadre de conditions aux limites très restrictives. Les équations d'énergie couplées pour le gaz et le milieu poreux sont linearisées pour être résolues analytiquement par leur formulation intégrale, plus numériquement sur une base plus complète

In the last few decades the idea came up that by making use of the superposition principle from Quantum Mechanics, one can process information in a new and much faster way. Hence a new field of information technology, QIT (Quantum Information Technology), has emerged. From a physics point of view it is important to find ways of implementing these new methods in real systems. One of the most basic tasks required for QIT is the ability to connect different components of a Quantum Computer by quantum wires that obey the superposition principle. Since superpositions can be very sensitive to noise this turns out to be already quite difficult. Recently, it was suggested to use chains of permanently coupled spin-1/2 particles (quantum chains) for this purpose. They have the advantage that no external control along the wire is required during the transport of information, which makes it possible to isolate the wire from sources of noise. The purpose of this thesis is to develop and investigate advanced schemes for using quantum chains as wires. We first give an introduction to basic quantum state transfer and review existing advanced schemes by other authors. We then introduce two new methods which were created as a part of this thesis. First, we show how the fidelity of transfer can be made perfect by performing measurements at the receiving end of the chain. Then we introduce a scheme which is based on performing unitary operations at the end of the chain. We generalise both methods and discuss them from the more fundamental point of view of mixing properties of a quantum channel. Finally, we study the effects of a non-Markovian environment on quantum state transfer.

Dans les travaux de recherche développés durant cette thèse, le concept de convection d’origine diélectrophorétique dans les liquides diélectriques confinés, telle qu’obtenue par application de champs électriques non uniformes et non intenses, est proposé et étudié. Dans un premier temps, les ingrédients théoriques de l’électrohydrodynamique sont présentés, puis les propriétés du couplage multiphysique entre mécanique des fluides, thermique et électrostatique sont mises en évidence. On peut démontrer qu’un couple d’origine diélectrophorétique est présent dès le régime conductif dès lors qu’un champ électrique non-uniforme est imposé. En conséquence, la possibilité de mettre un liquide diélectrique en mouvement, en imposant des champs électriques modestes en microgravité, est concevable en régimes conductif et de couches limites. Dans cette thèse, on étudie la convection ThermoElectroHydroDynamique (TEHD) d’un fluide diélectrique, en cavité différentiellement chauffée et soumise à un gradient de potentiel électrique produit par une paire d’électrodes. Deux configurations d'électrodes sont proposées : des électrodes planes partielles et des électrodes triangulaires. Une analyse en ordres de grandeur et une étude numérique sont développées afin d'étudier les transferts de chaleur convectifs induits par la flottabilité d’origine diélectrophoretique. Les lois d’échelle et les résultats numériques montrent qu'une amélioration sensible des transferts thermiques est possible grâce à l’utilisation d’un champ électrique non intense, non uniforme, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des régimes instables. En outre, une approche expérimentale est également développée, réintroduisant la gravité et par conséquent la flottabilité d’origine thermique. De l'huile silicone est confinée dans une cavité ménagée au sein d’un bloc de plexiglas et scellée par une paire d'électrodes. Celles-ci sont connectées, pour l’une, à un amplificateur AC, pour l’autre, à la masse. Toutes deux sont maintenues à des températures différentes et constantes. Le champ de vitesse en régime permanent est mesuré par PIV à l’aide de traceurs fluorescents et l'effet du couple de rotation diélectrophorétique sur l’écoulement est détecté. En comparant avec les simulations numériques, des tendances similaires sont observées pour chaque configuration d'électrodes. Enfin, la température est mesurée à différentes localisations sur le banc expérimental pour la configuration basée sur les électrodes planes partielles. En présence de gravité, l'augmentation du transfert de chaleur, attendue avec la présence de champs électriques non uniformes, n'est pas particulièrement prononcée dès lors que l'écoulement est dominé par la flottabilité d’origine thermique
In this thesis, the concept of steady-state dielectrophoretic-induced convection in confined dielectric liquids, by means of non-uniform non-intense electric fields, is introduced and investigated. First, theoretical foundations of electrohydrodynamics are presented and a multiphysics coupling between fluids mechanics, heat transfers, and electrostatics is made evident. It is shown that a dielectrophoretic (DEP) torque arises at leading order provided that a non-uniform electric field is imposed. Thus, in microgravity conditions, the possibility of setting a dielectric liquid in motion, even with a modest electric field intensity, is shown to be finally conceivable in conductive regime as well as in boundary layer regime. In this work, steady ThermoElectroHydroDynamic (TEHD) convection is investigated for the case of a dielectric liquid confined in a differentially-heated square cavity, submitted to an electric potential gradient imposed from an electrode pair. Two electrode configurations, that generate the required non-uniform electric fields, are proposed: a partial planar electrode pair and a triangular electrode pair. Scaling analysis and a numerical study are developed in order to investigate dielectrophoretic-induced convective heat transfers. The scaling laws and the numerical results show that a significant enhancement of heat transfers is made possible from the use of a non-intense non-uniform electric field, with no need for giving rise to unstable regimes. An experimental approach is also considered, reintroducing gravity and buoyancy-driven convection. Silicon oil is confined in a cavity, formed in a Plexiglas block, and sealed by a pair of electrodes, one of them is connected to a high voltage AC amplifier while the other one is grounded. Both electrodes are kept at different but constant temperatures. By means of PIV imaging of fluorescent tracers, the velocity field in steady-state is measured and processed, and the effect of the imposed DEP torque on the whole flow is made evident. In comparison with numerical simulations, similar tendencies can be observed relative to each electrode configuration. Finally, the temperature is measured at different locations on the experimental bench for the configuration based on partial electrodes. In presence of gravity, heat transfer enhancement, expected from the application of a non-uniform electric field, is not particularly pronounced since the flow is dominated by thermal buoyancy

Lors de la solidification d'un alliage metallique ou semi-conducteur a partir d'un bain fondu, le transport de solute par convection induit des heterogeneites de composition dans le solide forme. La microgravite ou l'application d'un champ magnetique permettent de reduire les mouvements convectifs dans le liquide afin de s'approcher du regime de transport de solute purement diffusif. Nous etudions la solidification bridgman en configuration horizontale ou verticale avec un champ magnetique. L'hypothese d'alliages dilues permet d'aborder separement les problemes hydrodynamiques et solutaux. En configuration horizontale, les principaux resultats concernant la convection naturelle en presence d'un champ magnetique axial ou vertical sont presentes. Nous avons montre et verifie experimentalement que l'ecoulement sous champ vertical est extrement sensible au degre d'uniformite du champ magnetique. En configuration verticale, l'ecoulement en presence d'un champ magnetique axial est etudie analytiquement et numeriquement. Le probleme solutal est aborde par des moyens experimentaux, numeriques et analytiques. Le dispositif brahms a permis de montrer la diminution de la segregation axiale en presence d'un champ magnetique axial lors de la solidification bridgman horizontale ou verticale d'un alliage dilue etain-bismuth. Une large plage de parametres a ete etudiee grace a la modelisation numerique et leur influence a ete quantifie par l'analyse des ordres de grandeur de l'equation du solute. Il apparait que, meme en configuration verticale, l'effet du champ magnetique n'est pas suffisant pour permettre d'elaborer des echantillons homogenes de taille respectable. Nous avons alors mis en evidence les roles complementaires du champ magnetique et de la microgravite

Etude des phenomenes limitants intervenant lors du transfert de solvant en ultrafiltration et determinant les performances du procede. Utilisation de la theorie osmotique pour le developpement d'un modele de transfert du solvant en presence d'un champ electrique. Etude menee sur des solutions d'albumine bovine