Tesi sul tema "Transfert d'énergie par collision"

L’existence de molécules d’eau dans l’espace a été confirmée en 1964 lorsque des raies du spectre de vapeur d’eau ont été détectées dans l’atmosphère d’étoiles riches en oxygène. Des raies de rotation ont depuis été détectées dans de très nombreux environnements, incluant les nuages moléculaires et les régions de formation stellaire. Les modèles astrophysiques utilisés pour modéliser les conditions physiques régnant dans ces milieux ne prennent pour l’instant en compte que la rotation des molécules d’eau. Mais, des études d’environnements plus chauds, comme les enveloppes et les atmosphères des étoiles évoluées, ont conduit plus récemment à la détection de molécules d’eau dans des états vibrationels excités. La détermination des taux de relaxation vibrationnelle de l’eau par collisions avec les éléments les plus abondants du milieu interstellaire, H2, He, H and e− est ainsi devenue nécessaire à la modélisation de ces environnements. Malheureusement, les données théoriques actuellement disponibles se limitent aux transitions rotationnelles. Les études expérimentales souffrent des mêmes limitations mais offrent la possibilité de valider les résultats des modèle théorique employés. Lorsque les systèmes astrophysiques pertinents sont trop difficiles à mesurer, les expérimentateurs étudient des systèmes modèles choisis pour leurs similarités. C’est pourquoi des études de relaxation rotationnelle ont été menées à la fois pour des systèmes d’intérêt astrophysique et pour des sytèmes modèles dont les résultats ont été comparés aux données expérimentales disponibles. C’est le cas des relaxations rotationelles de H2O, D2O et HDO par collisions avec le néon. Un excellent accord est obtenu avec les résultats d’une expérience récente pour les collisions HDO+ Ne validant ainsi la surface d’énergie potentielle (PES) développée pour ce système. Celle ci est utilisée pour déduire des règles de préférence pour les collisions de l’eau avec des gaz rares. La section efficace différentielle (DCS) offrant l’information la plus détaillée décrivant un processus collisionnel, les collisions H2O+Ne, Ar et Xe sont également étudiées, et un très bon accord est obtenu avec les résultats expérimentaux. Le deuxième objectif principal de ce travail est d’étudier la relaxation collisionnelle de niveaux vibrationellement excités de l’eau. La relaxation du bending de l’eau par collision avec l’argon et de D2O par collision avec l’hélium et l’argon sont les premiers systèmes étudiés à l’aide de la méthode Rigid Bender Close Coupling (RBCC). La comparaison avec l’experience a permis de valider cette approche. La dernière partie de ce manuscrit est consacrée à la relaxation vibrationelle de l’eau par collisions avec H2. La méthode RBCC est étendue pour inclure tous les modes vibrationnels de l’eau ainsi que pour traiter les collisions avec une molécule linéaire au lieu d’un atome. Un nouveau code, appelé "Divitas", est développé permettant d’effectuer à la fois des calculs Close Coupling (CC) et Coupled States (CS) pour étudier la relaxation rovibrationnelle de molécules triatomiques, telles que l’eau par collision avec des molécules linéaires, telles que H2. Ce nouveau code est d’abord utilisé pour étudier la relaxation du bending de l’eau par collisions avec H2 et un nouvel ensemble de taux Close Coupling incluant les transitions ro-vibrationnelles est produit. Le taux calculé est en excellent accord avec sa valeur expérimentale à 295 K. Néanmoins, le coût de calcul élevé de la méthode CC représente un obstacle important à l’étude de la relaxation d’états vibrationnels plus excités. Pour surmonter cette difficulté, l’utilisation de l’approximation CS est d’abord validée par comparaison avec les résultats CC. Elle est ensuite utilisée pour étudier la relaxation du deuxième état excité de bending en utilisant pour l’eau une base incluant ses cinq premiers états vibrationnels
The existence of water molecules in space was confirmed in 1964 when the presence of spectral lines of water vapour was detected in the atmosphere of O-rich stars. Subsequently, water has been identified as a prevalent molecule across the universe. Rotational lines have now been observed in a variety of environments, including molecular clouds and star-forming regions. For many years, the astrophysical models used to model the physical conditions prevailing in these environments have only considered the water molecule rotation. However, studies of warmer environments, such as the envelopes and atmospheres of evolved stars, have led to the detection of vibrationally excited H2O molecules. Also, vibrational de-excitation rate coefficients for the collisions of H2O with the most abundant elements in the interstellar media, including H2, He, H and e− are needed to model these environments. Unfortunately, most of the currently available theoretical collisional data are limited to rotational transitions. Experimental studies suffer from the same limitation but offer the opportunity to validate the accuracy of the theoretical model employed. Furthermore, when the relevant astrophysical systems are too challenging to measure, experimentalists often turn to similar systems as a proxy for the systems of interest. The present work, in addition to providing new vibrational data, then also includes rotational (de)excitation studies of systems which are compared with available experimental data. This is the case of the rotational (de)excitation of H2O, HDO and D2O molecules by collisions with Ne. An excellent agreement between theory and a new recent experiment is obtained for the collisions of HDO with Ne validating the new PES developed for this system, which was then used to infer collisional propensity rules for these collisions. Similarly, as the differential cross section (DCS) offers the most detailed information about a collisional process, the collisions of H2O with Ne, Ar and Xe are also studied, and a very good agreement is obtained with the experimental results. The second main objective of this work is to study the collisional relaxation of vibrationally excited levels of water. The first systems to be studied using the Rigid Bender Close Coupling method (RBCC) were the bending relaxation of H2O by collision with Ar and of D2O by collision with He and Ar atoms. The subsequent comparison with experimental data allowed validating this approach. The last part of this manuscript is dedicated to the vibrational relaxation of H2O by collisions with the most abundant astrophysical collider, H2. The RBCC method is extended to include all the vibrational modes of H2O and the collisions with a linear molecule instead of an atom. A new code, called "Divitas," is developed allowing to perform both close coupling (CC) and coupled states (CS) calculations to study the rovibrational relaxation of triatomic molecules, such as H2O, in collision with linear molecules, such as H2. The new code is first employed to investigate the bending relaxation of H2O by collisions with H2 utilising the CC method and a new set of rate coefficients including ro-vibrational transitions is produced. Our global bending relaxation rate is in excellent agreement with the experimental value reported at 295 K. Nevertheless, the high computational cost of the CC method represents a significant obstacle to the study of more excited vibrational states. To circumvent this difficulty, the use of the CS approximation is first validated by comparison with the CC results. It is then subsequently employed to investigate the relaxation of the first bending overtone utilising a H2O basis set incorporating the first five vibrational states of the water molecule

Ce travail s'inscrit dans le cadre des recherches coordonnées sur la combustion dans les moteurs fusées. Il concerne le diagnostic optique de la température par spectroscopie cars. Cette étude est consacrée essentiellement à l'influence de différents perturbateurs (H 2, He, Ar, N 2 ET H 2O) sur les raies Raman purement rotationnelles s 0(j) de h 2. Les raies S 0(J=0 A 4) de H 2 ont été enregistrées à l'aide du spectromètre Raman stimulé à haute résolution de Dijon pour différentes températures comprises entre 296 et 1800 k. Dans le cas de H 2 pur et des mélanges H 2-He, les paramètres collisionnels (déplacement et élargissement) peuvent être extraits directement des spectres expérimentaux. Le déplacement collisionnel varie linéairement avec la racine carrée de la température ; comportement similaire à celui de la branche Q mais avec une amplitude d'un ordre de grandeur plus faible. L'élargissement collisionnel s'écarte d'une loi linéaire à basse température. Les données expérimentales sont comparées aux calculs quantiques réalisés au laboratoire de physique moléculaire de Besançon pour le système collisionnel H 2-He. Dans le cas d’H 2 perturbé par Ar et N 2, l'influence des effets de vitesse en régime collisionnel est moins prononcée que dans le cas de la branche Q. Les spectres sont faiblement asymétriques. Seule apparait une faible non linéarité des coefficients d'élargissement et de déplacement en fonction de la concentration de perturbateur. Le modèle dépendant des vitesses RTBT développé antérieurement pour l'étude de la branche Q permet de rendre compte quantitativement de ces effets en branche S o. Finalement, les branches S o et Q sont étudiées dans les mélanges H 2-H 2o. Seul le comportement de l'élargissement en branche q peut être modélisé en température à partir de lois simples. L'analyse des spectres cars de la branche Q de H 2 réalisés a l'ONERA-Palaiseau dans les flammes cryogéniques montre la validité de notre extrapolation en température.

La déchirure considérée comme un mode optimal d'absorption d'énergie pour les matériaux composites est analysée et simulée sur une éprouvette type sen, en étudiant le processus de propagation d'une entaille préexistante. Afin d'étudier l'influence de la vitesse de choc et du type de matériau sur cette fonction, des essais de déchirure en quasi-statique et en dynamique ont été effectues sur sept types de stratifies a fibres de verre (résine: polyester, vinylester et époxyde) avec différents tissus et hybridation (kevlar, microbilles de verre). Cette étude expérimentale a permis la description du processus de déchirure (3 zones: amorçage, stabilité et instabilité) et la définition d'un nouveau paramètre: la vitesse moyenne de déchirure et son influence sur l'absorption d'énergie. Une analyse phénoménologique est proposée pour l'explication des mécanismes de déchirure. Cette analyse montre que c'est le déchaussement des fibres longitudinales qui freine l'avance de la déchirure et elle met en évidence l'influence prépondérante de la qualité de la liaison fibre-matrice, de l'architecture du renfort, de la ductilité et de la longueur des fibres longitudinales sur l'absorption d'énergie par le processus de déchirure

L'objectif général de cette étude est la réalisation et la caractérisation d'assemblages de céramiques type oxyde (silicate, alumine) par faisceau laser de puissance (YAG, CO2). La première partie est consacrée aux mécanismes relatifs au transfert d'énergie dans les diélectriques (interaction laser-matière, diffusion de la chaleur). La deuxième partie porte sur la méthodologie de réalisation des soudures par le développement d'un dispositif de soudage adapté aux matériaux étudiés et sur leur caractérisation mécanique et microstructurale. La forte sensibilité des céramiques aux contraintes thermiques nécessite en effet de mettre au point un système de préchauffage. Celui-ci permet d'atteindre des températures, au-delà desquelles le matériau est susceptible d'absorber sans dommage les fortes densités d'énergie élastique associées au choc thermique. La réalisation des divers assemblages est effectuée en analysant l'influence des paramètres laser sur la qualité des soudures obtenues. La reproductibilité de tous les essais lasers est assurée par un suivi en temps réel de la température de surface atteinte en cours de traitement. Le contrôle de la température superficielle étant réalisé par pyrométrie optique et thermographie infrarouge, une estimation de l'émissivité des échantillons est donc entreprise. Une dernière partie est réservée à l'étude, par cathodoluminescence, des relaxations radiatives, associées aux défauts des assemblages (impuretés, lacunes et centres associés. . . ). Enfin, l'influence du soudage sur les propriétés de charge des matériaux est abordée par une technique originale : la méthode miroir
CO2 and YAG lasers were used for welging SiO2 Al2O3 ceramic tubes with 60 wt% alumina content (mullite) and Al2O3 tubes with 95wt% alumina content. Investigations of thermal stresses, which must be minimized for crack free welding, show the necessity of preheating. One can preheat the whole workpiece or part of it using different preheating methods. The welding method which could fit the two ceramics was the use of two sub-beams (one is used for preheating) obtained from the division of a primary gaussian beam. The effects of welding parameters on the microstructure of the fusion zone have been studied. Prevention of weld defects including crack and porosity was also investigated. Strength of the weld joints is evaluated by a 4-point bend test and the effects of heterogeneity of ceramics have been taken into account by a Weibull analysis. From cathodoluminescence experiments, the radiative of the samples have been probed in the wavelength rang 250-900 nm. They have been related to the presence of defects as impurities, oxygen vacancies and device centers. At last, ceramics charging properties have been tackled by the use of an original method: the mirror method

On définit ici la "mobilité énergétique": elle relie la puissance active injectée sur une bande de fréquences en un point d'une structure au niveau carré de la vitesse vibratoire obtenue en un autre point. On l'utilise sur une structure isolée pour définir une "additivité énergétique" d'injections simultanées de puissance active pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande. On l'utilise sur un assemblage, avec des "facteurs de connexion", pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande après couplage en fonction de ceux des sous-structures avant couplage. On remarque que la mobilité énergétique entre deux points non couplés change peu après couplage et que la mobilité énergétique est asymptotiquement invariante si au point excité on ajoute une masse concentrée. On définit aussi le concept de "sources de puissance active" par bande de fréquence et on souligne ses avantages. L'approche par mobilités moyennes énergétiques (EMMA) permet d'effectuer des calculs énergétiques prédictifs approchés et locaux avec uniquement des quantités moyennées par bande de fréquence. Suivent des simulations d'assemblages multipoint (rigides ou élastiques et dissipatifs) de plaques homogènes et hétérogènes, avec l’étude des différentes erreurs de méthode et une application expérimentale sur des assemblages de plaques et de cylindres
The energetic mobility is defined: it links the active injected power in a frequency band at a given point on a structure to the squared velocity level at another point. On a single structure it can be used to add the contributions of several active power injection and obtain the frequency averaged squared velocity level at any point. On an assembly it allows predicting the local frequency averaged squared velocity level after coupling using those on the substructures before coupling. The energetic mobility between two uncoupled points is almost invariant after coupling the structure and the energetic mobility is asymptotically invariant if one adds a mass at the injection point. The concept of active power sources in a frequency band is also defined and declaimed. The energetic mean mobility approach (EMMA) allows one to make local energetic predictions using exclusively frequency band averaged quantities. Numeric tests of multipoint (rigid or elastic and dissipative) coupling of homogeneous and heterogeneous plates follow, with the study of the different errors of the method and with an experiment on plate and cylinder assemblies

Le travail presente dans cette these est une etude experimentale des processus d'echange de charge induits par collision entre un ion simplement charge h#+, h#2#+, he#+, li#+ et une cible de sodium na(3p) excitee par irradiation laser. On s'interesse en particulier a l'influence de l'alignement et de l'orientation initiale de la cible sur les sections efficaces de transfert de charge. Dans une premiere partie realisee a l'universite de copenhague, on etudie le role de l'alignement initial de la cible parallele ou perpendiculaire a la vitesse de collision sur les sections efficaces totales de transfert de charge. Le domaine etendu des energies de collision de 1 a 20 kev correspond a des vitesses en deca et au dela de la vitesse orbitale caracteristique de l'electron na(3p). L'effet d'anisotropie mesure est important pour l'ensemble des systemes etudies et presente une similarite dans la dependance en vitesse de collision qui suggere une loi d'echelle. Dans la deuxieme partie de la these realisee au lcam a orsay, on analyse le diagramme bidimensionnel de diffusion des neutres issus de la collision. Pour la collision li#+-na(3p) a 1 kev, etudiee pour un ensemble complet de polarisations de la cible alignee ou orientee, les sections efficaces differentielles associees aux differentes voies de sortie identifiees par spectroscopie de temps de vol presentent des asymetries remarquables. L'etat final li(2p) produit dans la collision li#+-na(3s) est completement determine par l'analyse du diagramme de diffusion des neutres detectes en coincidence avec un photon de declin de polarisation donnee. Ces resultats sont compares a des calculs semi-classiques recents et constituent un test tres sensible des modeles theoriques. Les resultats preliminaires obtenus dans l'etude du transfert de charge pp montrent la faisabilite d'une experience complete d'etat a etat qui sera la premiere de ce type

L’autonomie limitée du véhicule électrique est le premier frein au développement du marché de l’électrique. La charge inductive dynamique répond à ce problème, en offrant de charger son véhicule en roulant. La principale difficulté est de gérer les variations importantes du couplage magnétique lors du déplacement du véhicule, et ce pendant le transfert de puissance. Une précédente thèse dans l’équipe de recherche sur un prototype de 3 kW avait abouti au concept de recopie de tension, qui stabilise la tension en sortie du coupleur malgré la variation de couplage, et facilite notablement la conception du convertisseur DC/DC faisant interface avec la batterie. La thèse présentée ici porte sur l’adaptation du système pour fonctionner de 20 kW à 30 kW. Cette montée en puissance n’est pas évidente, du fait des importantes contraintes électriques sur les bobines du coupleur (1,4 kV sur le système de 3 kW), et du champ rayonné limité par des références normatives. Tout d’abord, nous proposons une nouvelle commande du circuit résonnant, qui permet de modifier le dimensionnement pour aboutir à des contraintes électriques plus faibles tout en conservant la recopie de tension. Ensuite, une forme de bobine en huit est étudiée pour aider à réduire le champ rayonné. Enfin, une démarche de dimensionnement est établie pour la partie électrique du système, ainsi que pour le coupleur magnétique, alliant modèle analytique et simulations à éléments finis et réduisant considérablement les temps de simulations. Les résultats de l’évaluation des performances du système dimensionné pour la haute puissance sont prometteurs
The limited electric-vehicle distance range is the main reason hindering the development of the electric transportation market. Dynamic inductive charging solves this problem, offering the possibility to charge while driving. The main issue consists in handling wide magnetic coupling variations when the vehicle is moving, while charging. A previous thesis in the research team on a 3-kW prototype led to the concept of voltage copying, which stabilises the coupler output voltage despite the varying coupling, making it easier to design the DC/DC converter linking the coupler to the battery. The hereby thesis deals with adapting this system to transfer from 20 kW to 30 kW. Raising the power is no small matter, due to the high electrical constraints on the coupled coils (1.4 kV on the 3-kW system), and the radiated field, limited by standardised thresholds. Firstly, a new control of the resonating circuit is proposed, allowing to change the system design to get lower electrical constraints and maintaining voltage copying properties. Then, an eight-shape coil was investigated in order to reduce the radiated field. Finally, a design method was conceived for the electrical part of the system, as well as the magnetic coupler, using jointly analytical models and finite element simulations to reduce simulation times. Results of the evaluated performance for such a high-power system are quite promising

Le travail présenté dans ce mémoire donne les caractéristiques du plasma créé lors du soudage laser. La première partie de cette étude est expérimentale. Nous utilisons la spectroscopie d'émission pour déterminer la température et la densité électronique des plasmas. Plusieurs essais ont permis d'étudier l'influence des paramètres de soudage sur la température du panache : puissance du laser néodyme, nature du gaz de protection, durée de l'impulsion. Ces mesures ont été réalisées sur de l'acier inoxydable et sur des métaux purs (Fe, Cr, Ni, Mo, Nb). La spectroscopie d'émission est aussi utilisée pour analyser les défauts de soudage et réaliser, en temps réel, le contrôle de la soudure. Des expériences ont mis en évidence la présence de défectuosités géométriques et chimiques (graisses) sur les surfaces soudées. La deuxième partie de ce travail est consacrée aux simulations numériques développées pour décrire l'interaction laser-plasma. Plusieurs modèles sont présentés. Le calcul des fonctions de partition de chaque élément du panache permet de déterminer numériquement les densités des espèces présentes dans le plasma. Avec ces données, nous précisons les propriétés optiques du panache (coefficient d'absorption et indice de réfraction). L'étude en microscopie électronique de dépôts métalliques, prélevés dans le panache, confirme la présence de particules de petites dimensions. Nous calculons la diffusion du rayonnement laser dans le plasma avec la théorie de Mie. Finalement, nous modélisons le transfert radiatif dans le panache en utilisant une méthode aux ordonnées discrètes. Les résultats obtenus mettent en évidence l'importance de la diffusion, par les petites particules, sur les gradients de température du plasma. Ce modèle peut compléter les simulations numériques caractérisant la géométrie du cordon de soudure
The work presented here gives the characteristics of the laser induced-plasma plume created during laser welding. First, in the experimental part of the study, we have used the emission spectroscopy to determinate the electron temperature and the density of the plasma. Several tests have been achieved. We have estimated the influence of welding parameters such as : the laser power, the nature of the shielding gas, the pulse duration. These measurements have been achieved on stainless steel, but also on pure metals (Fe, Cr, Ni, Mo, Nb). The emission spectroscopy is used to analyse the welding defects, in order to achieve real time control of the process. Experiments have shown that geometrical and chemical (grease) defectiveness can be detected. The second part of this work is devoted to the numerical model used to describe the laser-plasma interaction. Several models are presented. The calculation of the partition function of each element of the plasma plume allows the theoretical determination of the densities. Then we can estimate the optical properties of the plume (absorption coefficient and refractive index). Electron microscopy measurements of the plasma plume deposits show the presence of sma1l particles. Consequently, we apply the Mie's theory in arder to study the laser beam scattering in the plume. Finally, we model the radiative transfer in the plasma using a discrete ordinate scheme. The numerical results point out the major effect of the scattering on the temperature field in the plume. This model can be used in complement of those calculating the geometry of the weld seam

Le couplage de la spectroscopie d'électrons, du rayonnement synchrotron et de faisceaux laser nous a permis d’étudier d’une part la photoionisation résonnante d’atomes aloalins ou aloalino-terreux initialement dans leur état fondamental (Ba) ou excite (Ba*, Na*) d’autre part les processus de transfert collisionnels d'énergie aboutissant à l'ionisation d'une vapeur d'atomes (Ba) irradiée par un rayonnement laser résonnant L'étude des différentes voies de relaxation des états autoionisants peuplés à partir de l’état fondamental du baryum nous a permis de caractériser différentes résonances d'excitation d’un électron 5p ainsi que de mesurer la force d'oscillateur associée à l'ensemble de ces transitions d'excitation. Nous avons également déterminé les seuils d'ionisation 5p vers lesquels convergent différente séries du spectre de photoabsorption. La relaxation d'états autoionisants peuplés par rayonnement synchrotron à partir des états 6s5d 1,3D du baryum excité a pu également être observée et analysée pour la première fois, permettant la mise en évidence et la caractérisation des similarités et des différences dans le comportement d'atomes à l'état fondamental et à l’état excité. L'observation des électrons de très basse énergie émis dans les processus collisionnels de transfert d'énergie et la mesure précise de leur énergie cinétique a permis, dans le baryum excité, de déterminer sans ambiguité la succession des mécanismes aboutissants à l'ionisation de la vapeur : collision d'association d'énergie, collision d’énergie Penning. Enfin, nous avons démontré, dans une expérience de faisabilité réalisée sur le sodium, la possibilité de peupler des états très excités proches de la limite d'ionisation en quantité suffisante pour que leur interaction avec le rayonnement synchrotron soit détectable L'autoionisation des états ainsi créés par l'excitation d'un électron de couche interne et d'un électron de couche externe a été observée et analysée. Les énergies de ces états ont été mesurées ainsi que les forces d’oscillateur relatives des transitions conduisant à leur création
The combined use of electron spectrometry with synchrotron and laser radiations allowed us to study resonant photoionization (autoionization) of alkali and alkaline-earth atoms in the 16-35 eV photon energy range. These atoms were initially in their ground state or brought into some excited states via laser excitation. Ln addition, collisional energy transfer processes leading to the ionization of laser excited barium vapor were also analysed. Various channels are open for the relaxation of autoionizing states created by resonant excitation of a 5p inner electron in barium. We have been able to characterize a number of resonances belonging to various series, to measure the corresponding ionization threholds and to determine oscillation strength for discrete 5p excitation. The same analysis was performed on laser excited barium atoms in 6s5d 1,3D states. Similarities and differences in the behaviour of atoms in ground and excited states with respect to autoionization are pointed out. Through the observation of very low energy electrons emited in collisional processus between excited barium atoms, we have been able to measure their kinetic energy and to determine the full sequence of energy transfer processes leading to the ionization of the vapor (energy Pooling collisions, Penning ionization). Finally, we have demonstrated succesfully that it was possible to use more than one laser in connection with synchrotron radiation to populate, via stepwise laser excitation atoms in highly excited states, close the ionization limit, and to produce inner-shell excited autoionizing states. We have been able to measure the energies of a number of previously unknown autoionizing states in sodium and determine, on a relative scale, the oscillate strength of the various excited transitions

Etude du transfert d'energie electronique dans les bichromophores coumariniques; le donneur est lie a l'accepteur par une chaine methylenique (n = 3,4,8,12). Une etude theorique montre que le mecanisme de transfert d'energie est essentiellement du a une interaction dipole-dipole selon le mecanisme de forster

L'auteur presente des resultats experimentaux de turbulence et de transfert de masse dans une cuve ou l'agitation est produite par des microjets liquides submerges. La cuve agitee par microjets a ete choisie d'une part pour eliminer le cisaillement interfacial et d'autre part pour eviter toute frequence parasite telle que les battements de grille ou la rotation de pales. Des mesures globales d'absorption de dioxyde de carbone ont montre une bonne correlation entre le coefficient de transfert de masse et l'energie cinetique turbulente interfaciale. Dans le cas ou l'interface est contaminee par de l'hexadecanol, une influence sur l'hydrodynamique de la phase liquide a ete constatee: le comportement de l'interface passe sous certaines conditions de turbulence d'un type surface libre a un type paroi mobile. Des mesures locales de vitesse, par velocimetrie laser, dans deux directions de l'espace ont ete effectuees et ont permis une etude fine de la turbulence. Cette etude a mis en evidence trois zones d'ecoulement dans la cuve; une zone d'expansion des jets, une zone de decroissance de la turbulence, une zone interfaciale. Dans cette derniere, des tourbillons horizontaux quasi bidimensionnels ou une sous couche visqueuse se developpent. La mesure des moments d'ordre deux et trois moyennant certaines hypotheses concernant la symetrie des vitesses ont permis d'acceder a une estimation directe du taux de dissipation a partir de l'equation de bilan de l'energie cinetique turbulente. Les modeles de transfert de masse ont ainsi pu etre testes, sans resultats satisfaisants concernant la taille des structures responsables de l'absorption

L'objectif de cette thèse est d'étudier un dispositif radiofréquence grande portée et bas coût permettant l'identification à distance d'étiquettes électroniques fixées sur des produits ou des objets. Ces étiquettes étant passives, elles doivent être alimentées par couplage inductif grâce au champ magnétique émis par une antenne lecteur. De plus, leur identification nécessite la mise en oeuvre d'une modulation suffisamment simple à réaliser pour satisfaire les contraintes de coût et d'un protocole de transmissions capable de gérer une collision éventuelle entre les messages émis par les étiquettes. Cette thèse s'articule donc autour des ces deux aspects : alimentation et transmissions. L'étude du couplage inductif dans ce cas particulier ou on a plusieurs secondaires a été rendue possible grâce à une modélisation du système tenant compte des aspects électromagnétiques et électriques. Elle a permis d'améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu, en particulier quand les étiquettes sont proches les unes des autres. Du point de vue des transmissions dans le sens étiquettes vers lecteur, plusieurs manières de réaliser une modulation de charge ont été examinées en tenant compte des résultats issus de l'étude de l'alimentation. On a également regarde comment se combinent les différents messages et quelles conséquences cela peut avoir au niveau du protocole de transmissions.

Abstract : The transfer of energy between excited state chromophores is a topic of interest in the area of natural and laboratory photonic devices. Indeed, energy transfer is a process seen in nature in all photosynthetic organisms from complex multicellular plants to simple, single cell photosynthetic bacteria. For example, the purple photosynthetic bacteria uses two protein assemblies, referred to as the light-harvesting protein 1 (LH1) and the light-harvesting protein 2 (LH2), to collect light energy in order to survive. The LH2 protein serves only to absorb and transmit light energy to the LH1, which contains a special pair in a central reaction center. Energy transfer is essential to the survival of the organism. A photon of light absorbed by a bacteriochlorophyll molecule in the LH2 protein will undergo efficient energy transfer to other bacteriochlorophylls within the same protein structure. Energy transfer will also occur between different LH2 proteins and between the LH2 and LH1 protein. These energy transfer processes all serve to funnel the light to the reaction center which itself is excited by energy transfer. This process is highly efficient and essential to the organism’s survival. In the area of material sciences, the design of a covalent or non-covalent donor-acceptor assembly that exhibits efficient energy transfer, is a topic of interest for application in solar energy and light emitting diodes. Using the purple photosynthetic bacteria as a model, designs that append different dyes that serve to absorb and transmit light energy to a central backbone (a process referred to as the antenna effect) are being investigated. The principle being that the use of these antenna allows for the absorption of more light in regions of the electromagnetic spectrum that we cannot necessarily obtain with a single dye. The fall-back is that, in order for the process to work efficiently, the energy transfer between the antenna and backbone must be rapid. This work presents an investigation of the energy transfer processes between oligopyrrole dyes that are bridged by a truxene core, which exhibits a structural similarity to graphene. The aim of this work is to further understand the energy transfer processes between chromophores. We demonstrate in our work that the presence of a conjugated bridge between the donor and acceptor provides the possibility of a dual energy transfer process governed by both the Förster and Dexter mechanisms. We demonstrate that the use of this conjugated bridge leads to a very fast energy transfer process despite the large distance that separates the donor and acceptor. We further demonstrate that the process, although being a dual process, is dominated by the Dexter ix mechanism which is mediated by the conjugated system connecting the donor and acceptor. The rapid and efficient energy transfer processes suggest that in order to take full advantage of the antenna effect in man-made photonic devices, designs should be built upon the use of conjugated bridges between the donor and acceptor. The work presented in this thesis is divided into eight sections. In the introduction, a brief description of the chromophores that are seen throughout the rest of this work, is provided along with some general concepts with regard to density functional theory (DFT), which was employed as a tool throughout the presented works to demonstrate a certain degree of molecular orbital coupling. Chapter 1, entitled The Basic Principles of Photophysics, provides an introductory explanation of the theory that is required to fully understand the works that are presented in this thesis. Chapter 2 is simply entitled Instrumentation and serves to provide a description of the instruments used throughout the works. In Chapter 3: Maple™-Assisted Calculations of the J-integral: A Key Parameter for the Understanding of Excited State Energy Transfer in Porphyrins and other Chromophores a detailed description of the J-integral is provided and a tool for is calculation from spectral data is presented. The investigation of the energy transfer processes between truxene bridged chromophores begins in Chapter 4: Origin of the Temperature Dependence of the Rate of Singlet Energy Transfer in a Three-Component Truxene-bridged Dyads. In this chapter, the energy transfer between a Zn-porphyrin donor and a set of free-base porphyrin acceptors is investigated. Circumstantial evidence suggests that the energy transfer process that is observed, is occurring through a dual mechanism that may be dominated by the Dexter mechanism is provided. Chapter 5: Antenna Effect in Truxene-bridged BODIPY Triarylzinc(II)porphyrin Dyads: Evidence for a Dual Dexter-Förster Mechanism presents the investigation of the energy transfer processes between a BODIPY donor and two zinc(II)-porphyrin acceptors. In this chapter the comparison of the the energy transfer process to a similar dyad, that contains a non-conjugated bridge between the donor and acceptor, is made and it is shown that the truxene bridged dyad not only presents a faster rate, but that this faster rate can only be explained by a Dexter dominant process. In Chapter 6: Very Fast Singlet and Triplet Energy Transfers in a Tri-chromophoric Porphyrin Dyad Aided by the Truxene Platform the investigation of the energy transfer between a palladium(II)-porphyrin donor and pair of Zn-porphyrin acceptors bridged by a truxene core is x carried out. Here, a very fast triplet energy transfer process is observed, coroborating that the conjugated system promotes the Dexter process and leads to an efficient transfer of energy from the donor to the acceptor. Finally, Chapter 7 presents the last work that is included in this thesis. Chapter 7 is entitled Excited State N-H Tautomer Selectivity in the Singlet Energy Transfer in a Zinc(II)Porphyrin-Truxene-Corrole Assembly and once again presents a very fast and efficient energy transfer process. In this work the energy transfer occurs between a Zn-porphyrin donor and a set to free-base corrole acceptors. The rapid energy transfer process exhibits a rate constant that falls in the same order of magnitude of those presented in the earlier chapters, suggesting that the process is occurring through the same dual mechanism that is Dexter dominated. Interestingly, in this last the energy transfer process was found to occur selectively to only one of the two corrole tautomeric species. This prompted an investigation into the excited state tautomerization rates of the free base corrole and lead to the first report of an experimentally measured tautomerization rate from free-base corrole. This thesis closes with a general discussion of the works presented within its pages and a discussion of the impact that the results have on the scientific community.
Les transferts d’énergie entre les états excités de chromophores est un sujet d’intérêt dans le domaine des dispositifs photovoltaïques naturelles ou artificielles. En effet, le transfert d’énergie est un processus que l’on observe dans la nature au sein de tous les organismes phototrophes depuis les végétaux multicellulaires complexes jusqu’aux bactéries unicellulaires photosynthétiques. Par exemple, dans le cas des bactéries photosynthétiques pourpres, ces dernières utilisent un photosystème de deux protéines assemblées, la première étant appelé protéine collectrice de lumière 1 (LH1 pour light-harvesting protein 1) et la seconde appelé protéine collectrice de lumière 2 (LH2 pour light-harvesting protein 2) afin de capter suffisamment d’énergie lumineuse pour assurer leur survie. La protéine LH2 n’a pour vocation que d’absorber et de transmettre l’énergie lumineuse à la protéine LH1, qui contient une paire spéciale dans un centre réactionnel. Les transferts d’énergie sont des phénomènes essentiels à la survie des organismes. Un photon absorbé par une molécule de type bactériochlorophylle dans la protéine LH2 subira un transfert d’énergie efficace à d’autres bactériochlorophylles au sein de la même structure protéique. Les transferts d’énergie se dérouleront aussi bien entre différentes protéines LH2 qu’entre des protéines LH1 et LH2. Ces processus de transfert d’énergie servent à canaliser l’énergie lumineuse jusqu’au centre réactionnel qui devient à son tour excité par transfert d’énergie. Ces processus sont hautement efficaces et essentiels à la survie de l’organisme en question. En science des matériaux, la conception d'un assemblage donneur-accepteur, covalent ou non, qui présente un transfert d'énergie efficace est un sujet d'intérêt pour des applications en photovoltaïque et diodes émettrices de lumière. En utilisant les bactéries pourpres photosynthétiques comme modèle, des structures similaires étudiant différents colorants permettant d'absorber et de transmettre de l'énergie lumineuse à un squelette central (un processus appelé effet antenne) font l'objet de recherches actives. Le principe étant que l'utilisation de ces antennes permet d'absorber plus de lumière dans les régions du spectre électromagnétique qu’il serait impossible d’obtenir avec un seul colorant. La conséquence est que, pour que le processus fonctionne efficacement, le transfert d'énergie entre l'antenne et le squelette doit être rapide, et parfois contrôlé. Dans ce travail, nous étudierons les processus de transfert d'énergie entre des colorants oligopyrroliques reliés par un noyau truxène, qui montre une similarité structurale avec le graphène. L'objectif du travail est de mieux comprendre les processus de transfert d'énergie entre les chromophores. Nous montrerons dans notre travail que la présence d'un système conjugué entre le donneur et l'accepteur ouvre la porte à l’hypothèse de la présence d'un double processus de transfert d'énergie régi par les mécanismes Förster et Dexter. Nous démontrerons que l'utilisation de ce système conjugué conduit à un processus de transfert d'énergie très rapide malgré la distance importante séparant le donneur et l’accepteur. Nous démontrerons en outre que le processus, bien qu'il s'agisse d'un double processus, est dominé par le processus Dexter grâce au système conjugué reliant le donneur et l'accepteur qui fait office de pont communiquant. Les processus de transfert d'énergie rapides et efficaces suggèrent que, pour tirer pleinement parti de l'effet antenne dans des applications photovoltaïques, les designs devraient être basés sur l'utilisation de ponts conjugués reliant donneurs et accepteurs. Le travail présenté dans cette thèse est divisé en huit sections. Dans l'introduction, une brève description des chromophores utilisés tout au long du présent travail sera fournie avec des concepts généraux non-exhaustifs pour la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) qui a été utilisé comme outil tout au long des travaux actuels pour démontrer un certain degré de couplage orbitalaire. Le chapitre 1, intitulé Les principes fondamentaux de la photophysique, proposera une introduction à la théorie nécessaire à la bonne compréhension des travaux présentés dans cette thèse. Le chapitre 2 est simplement intitulé Instrumentation et fournira une description des instruments utilisés tout au long des travaux. Au chapitre 3: « Maple™-Assisted Calculations of the J-integral: A Key Parameter for the Understanding of Excited State Energy Transfer in Porphyrins and other Chromophores », une description détaillée de l'intégrale J ainsi qu’un outil pour le calcul à partir de données spectrales seront exposés. L'étude des processus de transfert d'énergie entre les chromophores pontés par truxène commencera au chapitre 4: « Origin of the Temperature Dependence of the Rate of Singlet Energy Transfer in a Three-Component Truxene-bridged Dyads ». Dans ce chapitre, nous étudierons le transfert d'énergie entre un donneur de type zinc(II)-porphyrine et un ensemble d'accepteurs de porphyrine base libre. Des preuves circonstancielles indiquant que le processus de transfert d'énergie observé se produit à travers un double mécanisme qui peut être dominé par le mécanisme Dexter seront présentées. Le Chapitre 5: « Antenna Effect in Truxene-bridged BODIPY Triarylzinc(II)porphyrin Dyads: Evidence for a Dual Dexter-Förster Mechanism » présentera quant à lui l'étude des processus de transfert d'énergie entre un donneur BODIPY et deux accepteurs de type Zn-porphyrine. Dans ce chapitre, la comparaison du processus de transfert d'énergie à une dyade similaire qui contient un pont non-conjugué entre le donneur et l'accepteur sera effectuée et il sera démontré que la dyade ponté par truxène présente non seulement un taux plus rapide, mais que ce taux ne peut être expliqué que par un processus Dexter dominant. Au chapitre 6 : « Very Fast Singlet and Triplet Energy Transfers in a Tri-chromophoric Porphyrin Dyad Aided by the Truxene Platform », l'étude du transfert d'énergie entre une porphyrine de palladium(II) donneuse et une paire d'accepteurs de type zinc(II)-porphyrine pontés par un noyau de truxène sera montré. Ici, un processus de transfert d'énergie triplet très rapide est observé, ce qui prouve que le système conjugué favorise le processus Dexter et conduit à un transfert efficace d'énergie du donneur vers l'accepteur. Enfin, le chapitre 7 présentera le dernier travail inclus dans cette thèse. Le chapitre 7 est intitulé « Excited State N-H Tautomer Selectivity in the Singlet Energy Transfer in a Zinc(II)Porphyrin-Truxene-Corrole Assembly » et exposera une dernière fois un processus de transfert d'énergie très rapide et efficace. Dans ce travail, le transfert d'énergie se produit entre un donneur de type Zn-porphyrine et une corrole base libre acceptrice. Le processus de transfert d'énergie rapide présente une constante de vitesse qui se situe dans le même ordre de grandeur que ceux présentés dans les chapitres précédents, ce qui suggère que le processus se produit par le biais du même double mécanisme dominé par Dexter. Il est intéressant de noter que, dans ce dernier cas, le processus de transfert d'énergie s'est révélé sélectif sur l'une des deux espèces tautomériques du corrole. Ceci a mené à une étude sur les taux de tautomérisation de l'état excité de la corrole base libre conduisant à la premier mesure expérimentale du taux de tautomérisation de la corrole base libre. Cette thèse s’achèvera par une discussion générale sur les travaux présentés dans ces pages ainsi que sur l'impact que les résultats ont eus dans communauté scientifique dans ce domaine.

La taille des composants électroniques a récemment été réduite à quelques dizaines de nanomètres. Cette diminution perpétuelle de la taille des composants électroniques modernes et l’augmentation de leurs vitesses et fréquences de fonctionnement conduisent inévitablement à des points chauds, qui sont des dangers entrainant une défaillance du système s’ils sont laissés longtemps. Le premier objectif de cette thèse est d’optimiser des techniques efficaces et pratiques pour évacuer la chaleur des nano-composants électronique. Le deuxième objectif de cette thèse est de présenter des moyens pour contrôler le flux énergétique, afin de répondre à ces besoins scientifiques et industriels. Nous étudions le transport par les phonon-polariton de surface (PhPS), qui sont des ondes électromagnétiques résultant du couplage entre un champ électrique dans le moyen infrarouge et des phonons optiques. Nous étudions également les mécanismes de transport par un gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG) confiné dans un puits quantique formé à des hétéro-interfaces. Nous démontrons que l’excitation des modes PhPS dans des couches polaires de quelques nanomètres d’épaisseur déposées sur des semi-conducteurs classiques peut améliorer le flux énergétique d’une manière considérable, et par la suite dissiper la chaleur accumulée dans des nano-composants. Nous démontrons aussi que la contrainte dans la couche d'AlN a un effet très important sur les propriétés de transport du gaz d'électrons bidimensionnel confiné dans le puits quantique AlN/ GaN
The size of electronic components has recently been reduced to a few tens of nanometers. This perpetual decrease in the size of modern electronic components and the increase in their operating speeds and frequencies inevitably leads to hot spots, which are hazards leading to system failure if left for long periods of time. The first objective of this thesis is to optimize efficient and practical techniques for heat dissipation from electronic nano-components. The second objective of this thesis is to provide ways to control the energy flow in order to meet these scientific and industrial needs.We study the transport by surface phonon-polariton (PhPS), which are electromagnetic surface waves resulting from the coupling between an electric field in the mid-infrared and optical phonons in a polar material. We also study the transport mechanisms by a two-dimensional electron gas (2DEG) confined in a quantum well formed at hetero-interfaces. We demonstrate that the excitation of PhPS modes in polar layers a few nanometers thick deposited on conventional semiconductors can improve the energy flow considerably, and consequently dissipate the heat accumulated in nano-components. We also demonstrate that the stain field in the AlN layer plays a critical role in governing the transport properties of the two-dimensional electron gas confined in the AlN/ GaN quantum well

L'objectif du travail présenté est de réaliser un modèle numérique permettant de déterminer le comportement thermique et le rendement d'une transmission mécanique à engrenages. La méthode utilisée est celle des réseaux thermiques. Elle consiste à diviser le système étudié en éléments supposés isothermes, à relier ces éléments par des résistances thermiques qui tiennent compte des transferts de chaleur rencontrés (conduction, convection, rayonnement) et à injecter en différents noeuds du réseau les quantités de chaleur générées par des pertes de puissance éventuelles. Les pertes prises en compte dans le modèle sont les suivantes : frottement généré par les dentures en contact, pertes dans les paliers hydrodynamiques ou à roulements, frottement aux joints d'étanchéité et dans les synchroniseurs des boîtes de vitesses, pertes liées au phénomène de barbotage. En ce qui concerne cette dernière source de chaleur, une étude particulière a été menée via l'exploitation d'un banc d'essais spécifique et des formulations originales sont proposées pour quantifier la puissance générée. L'originalité du modèle thermique proposé réside dans le fait que chaque élément d'une transmission est assimilé à une forme géométrique simple, ceci permet l'emploi de corrélations standards et rend le modèle générique. Un logiciel a été développé afin de coupler les calculs thermiques à ceux des pertes de puissance. Ce logiciel autorise la résolution de problèmes en régime permanent et dynamique. Des campagnes d'essais ont été menées sur deux types de transmission : une boîte de vitesses manuelle à six rapports et un réducteur industriel. Les résultats obtenus montrent que l'outil numérique est tout à fait prédictif du comportement thermique et des évolutions de rendement observés sur un ensemble à engrenages
The objective of the work presented here is to elaborate a numerical model which can predict the thenmal behaviour and the efficiency of power gearing transmission. The thenmal networks method has been used. This method consists in dividing the geared unit into isothenmal elements and connecting these elements by thenmal resistances which depend on the kind of heat transfer encountered (conduction, convection, radiation). Seme elements of the network represent heat sources and the heat generated is linked to power losses which occur in a gearing transmission. The following sources of power lasses are laken into account : friction due to the meshing c gear teeth, lasses in bearings, friction in shaft seals and in gearbox synchronizer sets, losses due to cil churning. As far as cil churning lasses are concerned, a specifie test rig has been used to study this dissipation source and seme original fonmulations are proposed to quantify the heat generated. The originality of the model thal has been developed lies in the nodal decomposition : each element is considered as having a basic shape. Then classical correlations are used to quantify heat transfers, and it allows to simulate the thermal behaviour of any geared unit. A computational program has been designed in order to solve simultaneously power lasses and thermal calculations. Steady-state and transient problems can be solved. Seme measurements have been carried out with Iwo different power trains transmissions : a manual six-speed gearbox and an industrial gear unit. The results of these experiments show thal the numerical model allows to predict with a good accuracy the thermal behaviour and the efficiency

L’étude de la photoluminescence verte des ions erbium incorporés dans des fluorures mixtes de strontium et de cadmium en fonction de la puissance excitatrice a été entreprise dans le but de déterminer l’échauffement au sein du cristal en vue de son utilisation comme sonde de température. Cette détermination repose sur le calcul du rapport des intensités de la fluorescence (RIF) verte provenant des deux niveaux thermalisés 2H11/2, 4S3/2. Comme ces deux niveaux sont très proches, leurs populations électroniques peuvent être considérées en équilibre thermodynamique et par conséquent elles vérifient la loi de Boltzmann que nous appliquons pour déterminer l’échauffement. L’émission verte est obtenue en excitant les ions erbium autour de 652 nm sur la transition 4I15/2 → 4F9/2 avec un laser à colorant. Une partie de l’énergie incidente absorbée est convertie en chaleur, l’autre partie génère deux émissions Stokes infrarouges correspondant aux transitions : 4I13/2 → 4I15/2 et 4I11/2 → 4I15/2, une émission rouge Stokes correspondant à la transition 4F9/2 → 4I15/2 et une émission verte anti-Stokes correspondant à 2H11/2, 4S3/2 →4I15/2. Pour avoir simultanément deux mesures de la température, nous choisissons de travailler avec deux couples de raies provenant des niveaux [4S3/2(1), 2H11/2] et [4S3/2 (2), 2H11/2]. L’étude de la variation du rapport des intensités en fonction de la puissance excitatrice montre une élévation non négligeable de la température pour des puissances supérieures à 20 mW ; elle atteint une valeur de 130°C pour une puissance de 350 mW. L’évolution de la température en fonction du temps, présente une augmentation brusque puis atteint une valeur constante qui est de l’ordre de 130°C durant une minute environ. Les deux couples de raies donnent des comportements presque identiques, ce qui valide nos résultats. Une méthode directe, sans contact, par thermographie infrarouge a été entreprise en utilisant une caméra AGEMA 880 LW 8-12μm
The study of the green photoluminescence from Er3+ ions incorporated in strontium and cadmium mixed fluorides was undertaken as a function of the exciting power, in order to know the heating within the crystal and consequently its use as temperature sensor. The determination of the heat induced by the laser beam is based on the calculation of the green fluorescence intensities ratio (FIR) coming from the two thermalized levels 2H11/2, 4S3/2. As these two levels are very close, their electronic populations can be considered in thermodynamic equilibrium and then they verify the Boltzmann’s law which we apply to determine the temperature. The erbium green emission is obtained by exciting the erbium ions around 652 nm on the transition 4I15/2 → 4F9/2 by means of a red tunable dye laser. One part of absorbed energy is converted into heat, the other part generates two Stokes infrared emissions corresponding to the transitions : 4I13/2 → 4 I15/2 and 4I11/2 → 4I15/2, a Stokes red emission corresponding to the transition 4F9/2 → 4I15/2 and a anti-Stokes green emission corresponding to 2H11/2, 4S3/2 → 4I15/2 transition. We choose to work with two couples of lines [4S3/2(1), 2H11/2] and [4S3/2 (2), 2H11/2] to have two measurements simultaneously. The FIR variation according to the exiting power shows that the rise in temperature is not negligible for power higher than 20 mW; it reaches 130 °C when the power is 350 mW. The time-dependence of the temperature offers a fast increase and attains a constant value of 130°C during one minute approximately. The two couples of lines lead nearly to the same dependence, this confirms our results A direct method, without contact, by infra-red thermography was undertaken, using a AGEMA 880 LW 8-12μm camera

De nos jours, les constructeurs automobiles prospectent dans toutes les directions afin de trouver des solutions techniques innovantes permettant la réduction des émissions de polluants et de CO2. Parmi les différentes solutions existantes, la conversion de la chaleur des gaz d’échappement en énergie électrique par le biais de modules thermoe��lectriques à effet Seebeck est étudiée dans le cadre de ces travaux de thèse. Ce travail porte sur une étude complète du système thermoélectrique intégré au sein d’un véhicule. Afin d’analyser ce système, un modèle physique du thermogénérateur a été développé. Ce dernier peut être couplé aux modèles de circuit de refroidissement du moteur thermique, de ligne d’échappement et du circuit électrique. Ainsi, nous avons pu étudier l’ensemble des interactions énergétiques entre ces sous-systèmes. L’outil de simulation numérique se base sur le formalisme bond-graph appliqué à des systèmes multi-physique. La simulation menée en transitoire a permis l’évaluation de la performance de conversion énergétique du système thermoélectrique pour différents cycles de roulage du véhicule. L’étude de l’optimisation géométrique du thermogénérateur a été également réalisée et le choix de la géométrie optimale a été justifié grâce à l’application de l’analyse exergétique permettant de quantifier les destructions d’exergie au sein du système thermoélectrique. De plus, le comportement dynamique du thermogénérateur a été étudié en appliquant l’analyse fréquentielle
Nowadays, there is renewed interest of car manufacturers in the conversion of the wasted energy to increase the fuel efficiency of vehicle and the CO2 emissions. In this context, among several methods, direct conversion of exhaust heat to electricity by thermoelectric generator seems to be a credible option for the vehicle. This thesis work involves the analysis of thermoelectric generator integrated into the vehicle. A numerical model of a thermoelectric generator able to support transient analysis is developed. This dynamic model can be coupled with coolant circuit model, exhaust system model and electric network model of the vehicle. Thus, we studied the energy interaction between all these subsystems. A developed numerical model complies with the bond-graph modeling principle applied to multi-physical systems. The transient modelling enabled us to predict the thermoelectric system performance for the different drive cycles of the vehicle. Furthermore, optimization study of the design of the thermoelectric generator was carried out. The optimal geometry of device was justified by the exergy analysis in order to quantify the wastes and destructions of exergy within a thermoelectric system. Moreover, the frequency analysis approach was applied to capture the transient performance of a thermoelectric generator

Dans cette thèse, nous associons mesures expérimentales et modélisation des données pour étudier l'émission spontanée d'émetteurs fluorescents en environnement nano-structuré. Le mémoire est organisé en deux parties.Dans la première partie, nous étudions le transfert d'énergie entre émetteurs fluorescents en environnement plasmonique et sur des distances micrométriques. Pour commencer, nous caractérisons le transfert d'énergie entre deux ensembles d'émetteurs situés en champ proche d'une surface d'argent. Nous déterminons ainsi la dépendance en distance du taux de transfert d'énergie sur des distances micrométriques. Nous couplons ensuite une boite quantique et une bille fluorescente à un nano-fil d'argent et nous étudions le transfert d’énergie entre ces deux émetteurs, distants de plusieurs micromètres. Nous démontrons notamment le clignotement corrélé de ces deux émetteurs grâce à l'étude de la fonction de corrélation de leur intensité de fluorescence.Dans la seconde partie, nous sondons les variations spatiales de densité locale d'états électromagnétiques induites par des environnements nano-structurés grâce à différentes techniques de microscopie à super-résolution. A l'aide d'un microscope à balayage, nous réalisons tout d’abord une étude en trois dimensions de l’interaction de champ proche entre une bille fluorescente et différentes antennes en silicium. Nous introduisons ensuite une technique stochastique permettant de déterminer expérimentalement la position et le taux d'amortissement de molécules uniques photo-activées, avec une précision de localisation de l'ordre de 10 nm. Enfin, nous utilisons l'information de Fisher afin d'estimer les bornes inférieures de l'erreur type des estimations de positions et de taux d'amortissement réalisées dans le cadre de mesures sur molécules uniques
In this thesis, we perform experimental measurements and data modelling to investigate spontaneous emission of fluorescent emitters in nanostructured environments. The manuscript is organised into two main parts.In the first part, we study micrometre-range energy transfer between fluorescent emitters in plasmonic environments. First of all, we characterise plasmon-mediated energy transfer between ensembles of fluorescent emitters located in the near field of a silver film. We thus determine the distance dependence of the energy transfer rate over micrometre distances. We then couple a single quantum dot and a fluorescent nanobead to a silver nanowire and we study evidences of the energy transfer between the two emitters, separated by several micrometres. We notably demonstrate a correlated blinking of the two emitters through the study of the correlation function of their fluorescence intensity.In the second part, we probe sub-wavelength spatial variations of the local density of electromagnetic states induced by nanostructured environments by means of different super-resolution microscopy techniques. To start with, we perform a three-dimensional study of the near-field interaction between a fluorescent nanobead and different silicon nanoantennas using a scanning-probe microscope. We then introduce a stochastic technique to experimentally determine the position and the fluorescence decay rate of single photo-activated molecules, with a localisation precision of the order of 10 nm. Finally, we use the Fisher information to estimate lower bounds on the standard errors on position and decay rate estimates performed in the context of single-molecule microscopy

Ce travail de thèse a pour objectif l’optimisation de la capacité d’absorption énergie avec un nouveau sandwich à âme cellulaire à gradient. D’abord, le comportement des matériaux cellulaires à gradient de propriété a été identifié expérimentalement et validé numériquement sous sollicitations quasi-statique et dynamique. Ensuite, le mode de ruine de panneau sandwich contenant ces âmes à gradient a été analysé. Cette étude montre que sous compression dynamique à grande vitesse, l’organisation idéale du gradient est la couche dure du côté de l’impact pour mieux absorber l’énergie et la couche faible du côté de la structure protégée pour réduire la force transmise. D’autre part, sous un chargement de perforation, l’organisation idéale est différente. La couche faible devant la face d’impact permet de retarder la rupture de la plaque incident et un gradient progressivement dense de l’âme permet de maximiser l’absorption d’énergie en évidant la perforation du sandwiche

Ce travail s'inscrit dans le cadre du programme de recherches sur les apatites de plomb. L'étude s'est portée sur deux familles d'apatites : les apatites de phosphates et les apatites de vanadates de formule Ca 10-xPbx(XO')6Y2(0 ≤ x ≤ 10) (X=P, V) (OH, Cl, I). Une étude comparative a été également menée sur des analogues naturels. Notre objectif est de mettre en évidence la possibilité du piégeage du plomb dans les apatites et ceci en utilisant, essentiellement, la technique de photoluminescence en temps résolu. Les différentes techniques de caractérisation (analyse chimique (ICP), DRX, IR, Raman et RMN solide) ont montré que les différents échantillons syntétisés forment une série de solutions solides continues cristallisant dans le groupe d'espace P63/m. L'analyse des spectres d'émission, d'excitation et des profils du déclin de luminescence des ions Pb2+ à des températures comprises entre 25 et 300K a mis en évidence, principalement le rôle joué par le niveau métastable 3P0 dans le processus de photoluminescence. Cette technique a permis d'identifer les sites de substitution de Pb2+ et de corréler les résultats avec les données cristallographiques

Ce travail concerne l’analyse de l’écoulement d’un jet plan confiné en impact sur une surface mobile à partir de mesures PIV. A cet effet, un banc d’essai a été réalisé. Dans cette étude, la hauteur d’impact H est fixée à 8 fois la largeur de buse de soufflage e et la gamme du nombre de Reynolds s’étend de 480 à 11700. Les mesures réalisées par PIV sur l’écoulement permettent d’établir un comportement global du jet en fonction du rapport de vitesse surface-jet RSJ. De plus, il apparaît de fortes modifications topologiques de l’écoulement en fonction de RSJ, ce qui conduit à d’importants changements concernant la distribution locale des transferts de chaleur convectifs pariétaux. Par la suite, une configuration inclinée du jet plan confiné en impact sur une surface mobile est étudiée. Son but est l’amélioration des échanges thermiques à la paroi d’impact. Finalement, une simulation numérique, à l’aide d’un modèle de turbulence k-ε modifié, est menée et validée sur certains des cas traités expérimentalement
This work describes the flow field of a confined slot jet impinging on a moving surface from PIV measurements. For this purpose, an experimental facility was built. In this study, the nozzle-to-plate spacing H is eight slot nozzle widths e and the Reynolds number range is between 480 and 11700. The measurements of the flow field enable to establish a global behaviour of the jet according to the surface-to-jet velocity ratio RSJ. In addition, it appears that the topological changes of the flow field induced by the surface motion, would undeniably led to significant modifications of the local convective heat transfer distribution. Thereafter, a study with an inclined configuration of the confined slot jet impinging on a moving surface is realized. This aims to enhance the convective heat transfer of the impingement plate. Finally, a numerical simulation from a modified k-ε turbulence model is performed and validated with some of the experimental cases

Les procédés de chauffage solaire consistent à coupler des capteurs solaires plans à un plancher chauffant. En pratique, les apports solaires sont complétés par une chaudière d'appoint engendrant l'utilisation d'énergie fossile. Cette étude a permis de développer un procédé de stockage par procédé à sorption solide, dans le but de minimiser l'usage de cette énergie polluante. Son principe se base sur le couplage d'un équilibre liquide/vapeur avec une réaction solide/gaz renversable. Il permet également d'ajouter une fonction de rafraîchissement ponctuelle au procédé solaire. Une modélisation des transferts de chaleur et de masse dans la couche réactive a été réalisée. Elle est basée essentiellement sur les hypothèses d'absence de limitation par cinétique chimique et d'existence de deux fronts raides de réaction, résultant des limitations de transfert thermique et massique couplées. Suite à cette modélisation, deux mises en œuvre ont été optimisées et concrétisées par la réalisation de deux prototypes
The increase of the use of solar energy closely depends on the development of efficient storage processes. In this objective, solid-gas sorption processes are promising because of their high storage capacity and their specific working mode. In this thesis, the integration of a sorption process based on the use of bromide strontium as the reactant and water as the refrigerant fluid is investigated. Combined with flat plate solar collectors and direct floor heating and cooling, it makes it possible to provide a heating but also a cooling storage function. Experimental tests demonstrate the good adequacy of this process to the level of temperature involved in the solar system. The simple model presented allows a fairly good global representation of the coupling phenomena between heat and mass transfer in the reactant. Further use of this model will allow the optimization of the design of the solid-gas reactor according to a power criterion

Ce travail de thèse est une étude théorique et numérique du processus de transfert de charge résonant (TCR), entre un atome (ion) et un métal pendant une collision. Le TCR correspond au passage d’un électron de l’atome vers le métal, sans changement d’énergie. On étudie le TCR dans des systèmes à plusieurs états localisés. Il peut s'agir des états localisés sur le projectile, ou sur le projectile et une impureté de la surface. Une attention particulière est portée aux transitions induites entre différents états du système par le mouvement du projectile. La Méthode de Propagation de Paquets d’Ondes, qui consiste en une solution directe sur une grille de l’équation de Schrödinger dépendant du temps, est utilisée dans ce travail. On étudie d'abord les perturbations locales du TCR entre un projectile (un ion H-) et une surface métallique (Al ou Cu(111)), induits par la présence d’un adsorbat alcalin (Li ou Cs). Un intérêt particulier était porté au caractère 3-corps du TCR (l’électron interagit avec le projectile, l’adsorbat et le substrat). Les résultats pour Cu(111), qui possède une bande interdite projetée dans la direction normale à la surface, sont très différents des résultats pour Al, qui est un métal à électrons libres. Ensuite, on étudie le TCR entre des atomes de Rydberg (Xe) et une surface métallique, dans un champ électrique extérieur. Les transitions entre les différents états du projectile induits par la collision avec la surface influencent lfortement le TCR. Nos résultats permettent de comprendre des résultats expérimentaux récents (groupe de F. B. Dunning, Houston, USA). Dans ce travail on a montré l'importance d'une﷡étude explicite de la dynamique de TCR
This PhD thesis is a theoretical and numerical study of the resonant charge transfer (RCT) process during a collision between an atom (ion) and a metal surface. The RCT corresponds to the transfer of an electron from the atom to the metal without an energy change. We study the RCT in systems with several localised states. These states can be localised on the projectile, or they can be localised on the projectile and an impurity of the surface. Special attention is paid to the projectile motion induced transitions between different states of the system. The Wave Packet Propagation Method, which consists in on the grid solution of the time-dependent Schrödinger equation, is used in this work. First, we study the local perturbation of the RCT between a projectile (H- ion) and a metal surface (Al or Cu(111)), induced by the presence on an alkali adsorbate (Li or Cs). Special attention is paid to the 3-body character of the RCT (the electron interacts with the projectile, the adsorbate and the substrate). The results for Cu(111), which has a projected band gap in the direction normal to the surface, are very different from the results for Al, which is a free-electron metal. Second, we study the RCT between Rydberg atoms (Xe) and a metal surface, in an external electric field. The collision-induced transitions between different states of the projectile strongly affect the RCT. Our results allow to understand the recent experimental results (group of F. B. Dunning, Houston, USA). This work shows the importance of an explicit study of the dynamics of RCT

Avec un monde industriel dont l’un des enjeux est la miniaturisation, l’échelle nanométrique est la prochaine étape à maîtriser. Les nanosources optiques, basées sur un fort confinement de la lumière, devraient permettre d’alimenter les futurs dispositifs nanophotoniques. Depuis que Purcell a démontré que les propriétés d’émission de lumière ne sont pas intrinsèques aux luminophores, la communauté scientifique vise à comprendre et contrôler ces propriétés. Les nanoparticules ou structures métalliques permettent de modifier ces propriétés de luminescence en influant sur l’efficacité d’émission, l’efficacité d’excitation ou encore la redirection de l’émission des émetteurs de lumière. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur l’étude de ce couplage au travers de structures simples composées de nanoparticules entourées de fluorophores, afin de discriminer l’effet de ce couplage à différentes distances séparant le métal de l’émetteur. Nous dégageons trois processus principaux : une forte inhibition de luminescence lors d’une grande proximité entre les émetteurs et le métal, une exaltation de luminescence à distances légèrement plus élevées, et une exaltation de l’excitation. Nous montrons par la suite qu’il est possible d’utiliser cette exaltation de l’excitation pour augmenter les effets d’absorption multiphotonique. Enfin nous ouvrons sur une nouvelle possibilité pour les travaux futurs : l’utilisation de l’aluminium pour utiliser ses possibilités plasmonique dans l’ultra-violet pour réfléchir à des nanosources UV
In an industrial world where one of the most important issues is miniaturization the next step is to master nanometric scale. Optical nanosources, which are based on a strong light confinment, should allow to supply the next nanophotonic devices. Since Purcell demonstrate that light emission properties are not inhérent to optical emitters, scientists search to understand and control these properties. Metallic nanoparticles or nanostructures allow to modify these luminescence properties by changing emission and excitation rates or redirect the emitted light.In this study, we focus on this coupling with simple structures made from nanoparticles and quantum emitters in order to discriminate the effect of this coupling at different distances between metal and emitter. We observe three different processes: a strong quenching of the luminescence at the viscinity of the metal, an enhancement at longer distances, and an excitation enhancement. Then we show that it is possible to use this amplified excitation to obtain multiphoton absorption. Finally, we prospect a new way for future works: using aluminium plasmonic properties in UV to search on UV nanosources

Le contrôle de vibrations est devenu un enjeu majeur dans de nombreuses applications industrielles où l'augmentation de la durée de vie nécessite de réduire les vibrations. Dans le cas de structures embarquées, les vibrations doivent être amorties efficacement tout en limitant la masse et le volume du contrôleur. Cet objectif peut être atteint en minimisant voire en supprimant l'énergie nécessaire à ce contrôle. Dans ce contexte, les recherches présentées consistent à utiliser des céramiques piézoélectriques comme capteurs et actionneurs. Légères et peu encombrantes, elles sont constituées de matériaux dont la bande fréquentielle est importante ce qui les rend bien adaptées au contrôle de structures embarquées. Afin d'atteindre les objectifs de performance et d'énergie nécessaires au contrôle des structures embarquées, une stratégie de contrôle semi-actif modal a été développée. La méthode est basée sur une stratégie de contrôle qui ne nécessite que très peu d'énergie pour fonctionner mais est efficace uniquement lorsque l'excitation est ciblée sur un mode unique. Afin d'améliorer les performances du contrôle semi-actif dans le cas d'une excitation large bande, une approche modale est proposée. Cette méthode modale permet de minimiser l'énergie nécessaire au contrôle en ciblant celui-ci sur des modes choisis. De plus, l'approche modale permet d'utiliser moins de capteurs et d'actionneurs que de modes à contrôler. Les résultats numériques et expérimentaux montrent que le contrôle semi-actif modal développé est performant et bien qu'un modèle soit nécessaire, il s'avère robuste en stabilité et en performance. Le contrôle de vibrations consiste en un compromis entre performance et énergie de contrôle. Comparés à d'autre type de contrôle tel que le contrôle actif, les performances obtenues par la méthode semi-active modale s'avèrent être en retrait. Cependant, la méthode semi-active modale ne nécessite qu'une énergie très faible pour fonctionner contrairement au contrôle actif qui nécessite des amplificateurs souvent lourds et encombrants limitant fortement les applications notamment dans le domaine des structures embarquées. Afin de bénéficier des avantages respectifs des deux méthodes, le contrôle proposé consiste à associer le contrôle actif au contrôle semi-actif modal. Cette méthode hybride permet de contrôler les modes de vibrations de la structure avec des performances identiques à celle du contrôle actif tout en consommant moins d'énergie. Une application expérimentale de cette méthode est réalisée sur une poutre encastrée-libre. L'analyse énergétique de la commande active permet de quantifier le gain en énergie du contrôle hybride face aux différentes méthodes de contrôle. Cette réduction de l'énergie de contrôle se traduit par une diminution de la masse des amplificateurs. Cette technique pourra trouver des applications dans le domaine des transports pour améliorer la durée de vie des systèmes.vibrations

Le présent travail de thèse a été effectué dans le cadre du projet CPER-FEDER MATISSE, projet coordonné par l’UTT regroupant deux autres partenaires : Nanovation et l’URCA. Le projet avait pour ambition la croissance des couches minces de ZnO de haute qualité et leur valorisation.Le ZnO cristallin est un semiconducteur à grand gap avec d’excellentes propriétés optiques. Son énergie de liaison excitonique de 60meV est l’une des caractéristiques qui lui valent tant d’attention malgré sa difficile gravure physique qui hypothèque la réalisation de composants photoniques compacts. En effet, la longueur d’onde d’émission du ZnO est de l’ordre de 375nm, impliquant l’utilisation de structures de petite taille dont la réalisation relève des nanotechnologies.Trois objectifs scientifiques ont été poursuivis : l’amélioration de l’extraction de l’émission excitonique dans les couches minces de ZnO par ingénierie de gap en utilisant les cristaux photoniques, l’émission laser et son contrôle et enfin, le transfert d’énergie du ZnO vers les QDots comme couche de phosphores pour la conversion de l’émission UV en lumière blanche. Pour y parvenir, deux technologies ont été utilisées : la croissance PLD (Nanovation) et la structuration par approche top-down délaissée par la communauté scientifique.La thèse traite de la structuration par lithographie électronique combinée à la gravure RIE-ICP et les études scientifiques associées. Les résultats obtenus sont concluants avec parfois des records comme pour le gain (>1000cm-1) et les pertes optiques (<10cm-1). Nous avons également procédé à la réalisation des premiers composants optoélectroniques : laser MIS et photodétecteur MSM
This work was conducted in the framework of the MATISSE project supported by the CPER-FEDER. Coordinated by UTT and including two other partners: Nanovation and URCA, the main project objective was the growth of high quality ZnO thin films and their valorization.ZnO is a wide band gap semiconductor with excellent optical properties. Its exciton binding energy (60meV) is one of the most important characteristics that earned to ZnO more attention despite its physical etching which is difficult to perform. Indeed, the excitonic emission of ZnO occurs approximately at 375nm, which involves the use of small structures whose achievement leads to the use of nanotechnology.Three scientific objectives were pursued: improving the extraction of the excitonic emission in ZnO thin films by engineering the photonic band gap by using photonic crystals, laser emission and control and finally, energy transfer from ZnO to QDots used as phosphors for down conversion of the UV emission to white emission. To achieve this, two technologies were used: PLD growth (Nanovation) and top-down structuring approach neglected by the scientific community.The thesis mainly deals with the structuring by electron beam lithography combined with ICP - RIE and related scientific studies. Conclusive results have been obtained such as high optical gain (>1000 cm-1) and low optical losses (<10 cm-1). We also carried out first optoelectronic components: MIS laser and MSM photodetector

L’étude des mécanismes de sorption de l’ion uranyle sur le substrat SrTiO3 en fonction de la température a fait l’objet de cette étude. Tout d’abord, une caractérisation physico-chimique a été réalisée à l’aide de plusieurs techniques structurales (DRX, FTIR) et morphologique (MEB). La spectroscopie XPS a permis d’identifier deux sites de surface (Ti-OH et Sr-OH). En utilisant les titrages potentiométriques de SrTiO3 à différentes températures, les caractéristiques acido-basiques ont été déterminées. Ensuite, la simulation des titrages potentiométriques, entre 25 et 90°C, a été réalisée à l’aide du code FITEQL, les constantes d’équilibre ainsi obtenues montrent une nette variation avec la température : la protonation du site Sr-OH suit un processus endothermique tandis que la déprotonation du site Ti-OH implique un processus exothermique. A partir de ces constantes d’équilibre, les grandeurs thermodynamiques, enthalpie et entropie de protonation/déprotonation ont été calculées en utilisant la relation de van’t Hoff. Les études de sorption de l’ion uranyle sur le substrat SrTiO3 ont été réalisées dans un intervalle de pH de 0. 5 à 5. Les sauts de sorption ainsi obtenus montrent une nette augmentation du pourcentage de sorption avec l’augmentation de la température, traduisant un phénomène globalement endothermique. Deux sites de sorption différents ont été identifiés à la surface du solide par SLRTIF. Ils sont associés aux temps de vie de fluorescence de l’uranyle sorbé de 12 ± 2 et 60 ± 5 microsecondes. Les sauts de sorption ont été modélisés à l’aide du code FITEQL en utilisant le modèle à capacitance constante. Cette simulation des sauts de sorption a été réalisée en tenant compte des résultats de l’étude structurale (deux sites de surface Ti-OH et Sr-OH et formation de complexe surfacique de sphère interne bidentate, mononucléaire) et des données obtenues dans la modélisation des titrages potentiométriques. Les équilibres de sorption modélisés ont confirmé la formation de deux complexes de surface de caractère bidentate. Suite à l’obtention des constantes thermodynamiques obtenues par cette simulation, la relation van’t Hoff a été appliquée pour déterminer les variations d’enthalpie et d’entropie associées au processus de sorption. Finalement, une étude sur les transferts d’énergie a été présentée entre deux ions sorbés sur le solide SrTiO3. Ainsi, le transfert d’énergie non-radiatif des ions Tb3+ vers les ions Eu3+ a été étudié. L’application du modèle de Inokuti-Hirayama et Dexter a conduit à l’évaluation du rayon de la sphère d’interaction (2,7–3,4 Å) entre les deux ions (Tb3+et Eu3+) sorbés sur SrTiO3 et la confirmation de la présence de complexes de surface
The purpose of this research was the study of the interaction mechanisms between U(VI) ions and SrTiO3 surfaces versus pH and temperature: 25, 50, 75 and 90°C. Firstly, a physicochemical characterization was realized (DRX, MEB, FTIR) and the surface site density was determined. The potentiometric titration data were simulated, for each temperature, using the constant capacitance model and taking into account both protonation of the Sr-OH surface sites and deprotonation of the Ti-OH ones (one pKa model). Both enthalpy and entropy changes, corresponding to the surface acid-base reactions, were evaluated using the van’t Hoff relation. U(VI) was sorbed onto SrTiO3 powder in the pH range 0. 5-5. 0 with an U(VI) initial concentration 1•10-4 M. By TRLIFS two U(VI) complexes were detected associated with two lifetime values (60 ± 5 and 12 ± 2 microseconds at 25°C). The sorption edges were simulated using FITEQL 4. 0 software. The surface complexation constants of the system SrTiO3/U(VI) between 25 and 90°C temperature range were thus obtained with the constant capacitance model considering two reactive surface sites. It reveals that two types of surface complex are needed to properly describe the experimental observations. By application of the van’t Hoff equation, ΔH° et ΔS° were obtained, which indicated an endothermic sorption process. Finally, an energy transfer study was realised by TRLIFS. The energy transfer between Tb3+and Eu3+ ions sorbed onto SrTiO3 powders were investigated. The results showed that the energy transfer between Tb3+ and Eu3+ is a non-radiative process and follows a dipole-dipole type interaction. A formalism based on the Dexter and the Inokuti-Hirayama theories was used to calculate the distances (2,7–3,4 Å) between Tb3+and Eu3+onto SrTiO3 surface

Le développement des chaines laser femtoseconde amplifiées a permis de mettre à la disposition des chercheurs des impulsions dont la puissance crête excède quelques Gigawatts. Dans ce régime de puissance, la propagation du faisceau laser est fortement non-linéaire. L'effet Kerr auto-focalise le faisceau qui s'effondre sur lui-même jusqu'à ce que l'intensité soit suffisante pour générer un plasma à effet défocalisant. La compétition dynamique entre l'effet Kerr, l'ionisation et la diffraction permet de conserver une intensité élevée dans le cœur du faisceau sur une grande distance. Dans ce processus, dit de filamentation, l'impulsion lumineuse laisse dans son sillage une mince colonne de plasma faiblement ionisé. Le phénomène de filamentation peut affecter fortement l'impulsion laser et le milieu dans lequel elle se propage. Par le biais de multiples collaborations, je me suis attachée au cours de cette thèse à étudier expérimentalement plusieurs effets liés à la propagation non-linéaire dans les gaz et dans les liquides. Ainsi j'ai réalisé une cartographie des déformations spatio-temporelles de l'impulsion au cours de sa propagation dans l'eau et mis en évidence leurs signatures dans le domaine spatial, spectral, et énergétique. J'ai ensuite caractérisé le dépôt d'énergie dans l'eau liquide et l'onde de choc induite par la relaxation du plasma dans différents régimes de puissance et de focalisation, dans le but d'analyser la génération d'ondes acoustiques par des impulsions laser femtoseconde. Par ailleurs, j'ai étudié le plasma formé à l'intersection de deux filaments dans différents gaz moléculaires et atomiques. J'ai mis en évidence que ses propriétés spatiales et transitoires permettent un filtrage spatio-temporel d'une impulsion incidente, ce qui pourrait constituer une nouvelle alternative aux techniques de filtrage d'impulsions femtoseconde. Enfin, j'ai caractérisé la compression d'impulsions énergétiques dans un guide plan creux et démontré que les impulsions comprimées temporellement pouvaient être utilisées pour la génération d'harmoniques d'ordres élevés, et plus généralement pour la physique de haute intensité
With the development of ultrashort lasers, pulses with peak power in the gigawatt level are easily obtained. In this intensity range, the propagation is no longer linear. Due to the Kerr effect, the beam self-focuses and tends to collapse until the intensity is high enough to ionize the medium, an effect that defocuses the beam. A dynamic competition takes place between Kerr effect, ionization and diffraction, resulting in a spectacular reshaping of the beam in an intense core propagating over many Rayleigh lengths. During this phenomenon, called laser filamentation, a thin and weakly ionized plasma channel is left in the trail of the pulse. This propagation mode strongly affects the pulse and the medium where it happens. Through several collaborations, I focus this work on experimental studies of the impact of the filamentary propagation in gases and liquids. I thus mapped the spatio-temporal distortions of the pulse during its propagation in water and identified their signatures in the spatial, spectral and energetic domain. I then characterized the energy losses in water and the shock wave generated by the plasma relaxation in different power ranges and focalisation geometries, for the generation of acoustic waves by femtosecond laser pulses. On the other hand, I studied the plasma generated at the intersection of two crossing filaments in molecular and atomic gases. I demonstrated that its spatial properties and transient behaviour can spatially and temporally filter a laser pulse, and could potentially offer a new alternative to generate femtosecond laser pulses with a high contrast and good quality beam profile. Finally I characterized the compression of high energy femtosecond pulses with a planar hollow waveguide and demonstrated that the time compressed pulses can be used to generate high order harmonics, and in general for high field physics

Etude de l'influence des pertes optiques dues aux processus d'absorption dans l'état excité (AEE) et d'upconversion (UC) sur le fonctionnement de matériaux laser dopés par des ions Nd3+. Nous présentons d'abord l'étude des pertes d'énergie dues à l'UC dans deux verres amplificateurs de puissance, étude généralement menée à forte densité d'excitation par une méthode d'ajustement. Nous proposons ici d'utiliser une technique spectroscopique à basse puissance et un modèle basé sur les équations de population pour simuler le comportement des pertes à forte influence de pompe. Les résultats obtenus sont comparés à ceux déjà publiés pour d'autres verres et déduits de la méthode d'ajustement. Ensuite, nous nous intéressons aux pertes limitant l'émission visible dans les trois principaux cristaux autodoubleurs de fréquence : LiNbO3:Nd3+, NYAB et GdCOB:Nd3+. Plusieurs processus menant à des pertes sont étudiés : adsorption depuis le niveau fondamental et AEE aux longueurs d'onde d'émission fondamentale et de la seconde harmonique, et UC Les données spectroscopiques relatives à ces processus sont enregistrées dans les conditions de fonctionnement laser. Nous utilisons ensuite un modèle décrivant la conversion de fréquence dans le cristal et les différents processus afin de déterminer le facteur de perte dominant dans chaque matériau. Les différents résultats obtenus sont alors utilisés pour comparer ces trois cristaux.

Ce travail de thèse est une étude théorique et numérique du processus de transfert de charge résonnant(TCR), entre un atome (ion) et une surface métallique pendant une collision. Le TCR correspond au passage d'un électron de l'atome vers le métal, sans changer d'énergie. On étudie le TCR dans des systèmes à plusieurs états électroniques. Ces états peuvent être localisés sur un projectile, ou sur un projectile et sur une impureté de la surface. Une attention particulière est portée aux transitions induites entre différents états du système par le mouvement du projectile. La Méthode de Propagation de Paquets d'Ondes, qui consiste en une solution directe sur une grille de l'équation de Schrödinger dépendant du temps, est utilisée dans ce travail. Dans la première partie de la thèse, on étudie les perturbations locales du TCR entre le projectile (un ion H-) et la surface métallique (Al ou Cu(111)), induits par la présence d'un adsorbat alcalin (Li ou Cs). Un intérêt particulier est porté au caractère 3-corps du TCR (l'électron interagit avec le projectile, l'adsorbat et le substrat). Les résultats pour Cu(111), qui possède une bande interdite projetée dans la direction normale à la surface, sont très différents des résultats pour Al, qui est un prototype du métal à électrons libres. Dans la deuxième partie de la thèse, on étudie le TCR entre des atomes de Rydberg (Xe) et une surface métallique, dans un champ électrique extérieur. Les transitions induites par la collision avec la surface entre les différents états de projectile influencent le TCR. Ces résultats permettent d'expliquer les résultats expérimentaux récents du groupe de F.B. Dunning, Houston, USA. Ce travail de thèse montre l'importance d'une étude explicite de la dynamique de TCR entre un atome (ion) et une surface métallique pour la compréhension des interactions atome (ion) - surface.

Ces travaux de thèse visent à concevoir et étudier une unité d'échangeur de chaleur air-MCP en tant que solution passive a la problématique du contrôle de confort thermique dans les bâtiments pendant l'été, fournissant des directives de conception et une intégration facile aux bâtiments. Les MCP présentent une grande capacité de stockage par unité de volume, ce qui leur permet de contribuer à la réduction de la consommation d'énergie liée aux applications de rafraîchissement. Bien qu'ils présentent certains inconvénients, en tant que faible conductivité thermique, notamment dans les PCM commerciaux, une conception bien détaillée est nécessaire pour atteindre des performances thermiques adéquates.La première partie de cette thèse examine les systèmes existants à travers une étude bibliographique, mettant en évidence la relation géométrique avec la physique et la performance thermique. Cette recherche a fourni les bases pour le développement d'une conception d'une unité air-MCP, suivant une méthodologie de résolution de problèmes développée par le laboratoire I2M. Une matrice de mots-clés a été obtenue à partir des phénomènes physiques et de l'analyse fonctionnelle de l'unité. A partir de cette matrice, l'analyse des brevets a inspiré la conception qui a abouti à un échangeur de chaleur air-PCM à faisceau tubulaire avec des tubes verticaux alignés perpendiculairement au flux d'air.Le développement d'outils de conception et d'intégration dans les bâtiments a été recherché au moyen d'une modélisation permettant de prédire avec précision les performances thermiques du système. Les modèles simplifiés sont préférés pour cette tâche. Néanmoins, ils peuvent sous-estimer les performances réelles si les phénomènes physiques impliqués ne sont pas correctement comptabilisés. Alors,des approches expérimentales locales et globales ont été utilisées pour parvenir à une compréhension de la physique associée aux cycles de charge et de décharge dans l'unité air-MCP. Pour cela, un banc d'essai a été installé, mesurant la température et le débit d'air dans différentes conditions d'entrée, accompagné d'un suivi visuel à travers des images numériques. Les traitements d'images et des données ont été utilisés pour obtenir des indicateurs de performance thermique et des corrélations équivalentes en utilisant des nombres adimensionnels connus pour les mécanismes de transfert de chaleur convectifs-conducteurs dans le PCM.Ces découvertes ont permis de développer des modèles de résistance thermique et d'enthalpie qui rendent compte de la complexité des phénomènes impliqués dans l'unité pour la prédiction de la performance. Enfin, la performance thermique du système a été testée dans deux applications de bâtiments : en tant qu'unité mobile dans une maison PEH à Gradignan dans un bureau du labo I2M
The present work aims to design and study an air-PCM heat exchanger unit as a passive solution for thermal comfort assessment in buildings during summertime, providing tools to ease the design and building integration. The PCM present a large storage capacity per volume unit where by, they can contribute to the reduction of the energy consumption related to cooling applications. Although, theyshow some drawbacks, as a low thermal conductivity in commercial PCM, so a wellthought design of these kind of systems is necessary to achieve adequate thermal performances.The first part of this thesis surveys the existing systems through a literature review,highlighting the geometry relation with the physics and thermal performance. This search provided the bases for the development of an air-PCM unit design, following a problem-solving methodology developed by the I2M laboratory. A keyword matrix was obtained from the physical phenomena and functional analysis of the unit. From this matrix, the patents analysis provided inspiration for the design resulting in a tubebundle air-PCM heat exchanger with vertical tubes aligned perpendicular to the airflow.The development of design and integration in buildings tools was sought through a modeling that can accurately predict the thermal performance of the system.Simplified models are preferred for this task. Nevertheless, they can under predict the actual performance if the physical phenomena involved is not properly accounted. Then, local and global experimental approaches were used to achieve anunderstanding of the physics associated with charging and discharging cycles in theunit. For this, a test bench was installed, measuring temperature and airflow underdifferent in let conditions, accompanied by a visual tracking through digital images.Image and data processing were used to obtain thermal performance indicators and equivalent correlations using known dimensionless numbers for convective conductive heat transfer mechanisms in the PCM.These findings allowed the development of thermal models based on energy balances, that accounted the complexity of phenomena involved in the unit for performance prediction. Finally, the thermal performance of the system was tested intwo buildings applications: as a mobile unit in a PEH house in Gradignan and as anactive façade in a building in Talence
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar y estudiar una unidad intercambiador de calor aire-PCM como presentan una solución pasiva al conforttérmico en edificios durante el verano, proporcionando herramientas para facilitar el diseño y la integración en edificios. Los PCM una gran capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, por lo que pueden contribuir a la reducción del consumo de energía relacionado con las aplicaciones de refrigeración. Estos materiales presentan algunos inconvenientes en cual su uso, como una baja conductividad térmica, típica en PCM comerciales, por lo es necesario un diseño que tome en cuenta esta problemática para lograr rendimientos térmicos adecuados. La primera parte de esta tesis examina los sistemas existentes a través de unarevisión de la literatura, destacando la relación de geometría con los fenómenos físicos y el rendimiento térmico. Esta búsqueda proporcionó las bases para el desarrollo de un diseño de unidad aire-PCM, siguiendo una metodología de resolución de problemas desarrollada por el laboratorio I2M. Se obtuvo una matrizde palabras clave a partir de los fenómenos físicos y el análisis funcional de launidad. A partir de esta matriz, el análisis de patentes proporcionó inspiración para el diseño que dio como resultado un intercambiador de calor PCM de aire y haz detubos verticales alineados perpendicularmente al flujo de aire.El desarrollo del diseño y la integración en herramientas de edificios se buscó através de un modelo que pudiese predecir con precisión el rendimiento térmico delsistema. Los modelos simplificados son los preferidos para esta tarea. Sin embargo,su poder de predicción puede verse afectada si los fenómenos físicos involucradosno se contabilizan adecuadamente. Es por ello que se utilizaron enfoques experimentales locales y globales para lograr una comprensión de la física asociadacon los ciclos de carga y descarga en la unidad. Se realizó una instalación de unbanco de pruebas, que permitió mediciones de temperatura y flujo de aire en diferentes condiciones de entrada, acompañado de un seguimiento visual a travésde imágenes digitales. El procesamiento de imágenes y datos se utilizó para obtener indicadores de rendimiento térmico y correlaciones a partir de números adimensionales relacionados con mecanismos de transferencia de calor porconvección y conducción en el PCM.Estos hallazgos permitieron el desarrollo de modelos térmicos para la predicción delrendimiento, basados en balances de energía de cada volumen de control.Finalmente, el rendimiento térmico del sistema se probó en dos aplicaciones deedificios: como una unidad móvil en una casa PEH en Gradignan y dentro de una oficina del laboratorio I2M

Le sujet de cette thèse porte à la fois sur le transfert de l'énergie microonde à un plasma et sur la modélisation de la décharge. Le chapitre I montre que le problème du maintien d'une décharge par une onde nécessite autant une étude approfondie de la propagation d'onde dans un milieu limité (sujet du chapitre II), qu'une bonne compréhension de la décharge (sujet du chapitre II). Le chapitre II débute par une étude précise de la description diélectrique d'un plasma et de son interprétation physique. La suite détaille la résolution de l'équation de dispersion des différents modes pouvant se propager dans une structure à symétrie cylindrique, de la façon la plus générale possible. Le chapitre III présente les équations décrivant la décharge (fonction de distribution électronique et modèle radial de diffusion). Les caractéristiques de son maintien et les paramètres importants dont elles dépendent sont mis en évidence. Ces différents aspects théoriques sont utilisés au chaptire IV pour réaliser une synthèse de résultats expérimentaux de décharges basse pression (argon, hélium, oxygène entre 0. 1 et 10 torr) créées par une onde de surface (mode plasma à symétrie azimutale, de fréquence 210 à 2450 MHz). .

Agents de la menace biologique. Nous avons étudié une nouvelle méthode de dosage immunologique par transfert d’énergie par résonance de fluorescence (FRET) adaptable à un dosage en flux. Cette méthode est basée sur l’emploi d’un réactif trifonctionnel (tripode) comportant i) un fluorophore Donneur (D), ii) un analogue de la molécule à doser (analyte) et iii) une fonction permettant son immobilisation sur une phase solide. La liaison d’un anticorps anti-analyte marqué avec un fluorophore Accepteur (A) entraîne une diminution de la fluorescence de D (quenching). La présence de l’analyte induit une compétition pour la liaison de l’anticorps avec le tripode et restaure ainsi la fluorescence de D. Le procédé permet d’obtenir un signal localisé et cumulatif et la réalisation de dosages successifs sur une même surface régénérée par ajout d’anticorps. L’évaluation du procédé a été effectuée en plaque de microtitration sur des petites molécules (substance P, atrazine, aflatoxine) et des protéines (β-lactoglobuline, toxine botulinique, ricine). Les propriétés spectrales des fluorophores, le rapport A/D et la distance A-D conditionnent fortement l’efficacité du FRET et donc la sensibilité du dosage qui dépend toutefois surtout des caractéristiques d’affinité relatives de l’anticorps envers l’analyte et envers le tripode. Idéalement l'anticorps devrait présenter une bonne affinité pour le tripode et une encore meilleure pour l'analyte. Des essais de mesure avec circulation de fluide, effectués dans une microcellule en verre en employant comme détecteur une caméra CCD montée sur un microscope à fluorescence, ont montré la faisabilité d’une détection en flux et permettent d’envisager le développement d’un biocapteur fonctionnant selon ce principe. Un autre procédé basé sur la discrimination des fluorophores en solution et immobilisés est également présenté, permettant de développer un dosage rapide et simultané de plusieurs composés
This thesis was devoted to the design of fluorescence immunoassays aiming at the detection of biological warfare agents. We developed a new concept of competitive immunoassay for continuous flow detection involving a fluorescence resonance energy transfer (FRET). This procedure is based on the use of an heterotrifunctional reagent (tripod) bearing i) a fluorophore donor (D), ii) a molecule structurally close to the target and iii) a linker to the solid phase. The binding of an anti-target antibody labeled with an acceptor molecule (A) on the tripod generates the decrease of the donor emission via the FRET phenomenon (quenching). The presence of the target competiting with the tripod for the binding to the antibody leads to an increase of the fluorescence signal. The solid phase can be easily further reactivated by adding the labeled antibody. This method was evaluated in microtiter plates using small molecules (substance P, atrazine, aflatoxine) and larger proteins (β-lactoglobuline, botulinum toxin, ricin). Spectral properties of the dyes, A/D ratio and A-D distance were demonstrated to have largely influenced FRET efficiency and hereby the sensitivity of the assay. The sensitivity also strongly depends on the binding characteristics of the antibody. The main difficulty lies on the relative affinity characteristics of the antibody towards the tripod and the analyte, since the antibody should exhibit ideally a strong affinity for the tripod and even stronger affinity for the analyte. Assays performed in glass microcells using a CCD camera and a fluorescence microscope allowed continuous-flow detection and are promising for the build-up of a biosensor. We also present a simple method for performing rapid assays in microtiter plates thanks to the difference in fluorescence signal observed between free and immobilized dyes which proved to be efficient for the design of a simultaneous multiplexed immunoassay

Mon mémoire d'HDR présente une synthèse de l'essentiel de mes activités de recherche effectuées depuis 1999. Toutefois un certain nombre de mes travaux sur la manipulation optique de nanoobjets, sur la métrologie optique et sur les transferts radiatifs instationnaires ne seront pas discutés dans ce mémoire. Les recherches qui y sont décrites concernent principalement les transferts radiatifs stationnaires dans les milieux semi-transparents denses et hétérogènes et les transferts de chaleur en champ proche dans les matériaux nanocomposites. C'est pourquoi, j'ai choisi de regrouper ces travaux sous le vocable ‘transferts de chaleur par rayonnement dans les matériaux composites micro et nanostructurés'.
Les développements réalisés ces dernières années dans le domaine des nanotechnologies autorisent désormais la structuration de la matière à une échelle sub-longueur d'onde jusque dans le domaine visible ce qui permet de sculpter à macro échelle les propriétés radiatives des matériaux composites et de contrôler les échanges radiatifs en champ proche dans ces milieux..
La première partie de mon HDR portera sur les transferts radiatifs dans les matériaux nanocomposites à gradient de permittivité diélectrique dans l'approximation de l'optique géométrique. Des avancées spectaculaires ont récemment été faites sur ce sujet grâce aux progrès technologiques réalisés dans le domaine de la nanofabrication. Il est désormais possible de concevoir des matériaux composites complexes pour générer artificiellement une variation spatiale de la permittivité diélectrique et de la perméabilité magnétique . Nous montrerons que cette structuration permet de modeler les trajets optiques et de contrôler le flot d'énergie radiative dans ces milieux. Nous verrons qu'il existe une analogie forte entre la théorie de la relativité générale et l'électrodynamique classique dans un nanocomposite à gradient de permittivité diélectrique (i.e. la lumière expérimente la matière comme un champ gravitationnel effectif). Nous montrerons comment le transfert radiatif peut-être modélisé dans ces milieux, quels sont les effets induits par la courbure de l'espace temps sur le champ de luminance, sur l'absorption, le processus diffusion et le champ de température. Nous verrons en particulier que la courbure de l'espace temps permet dans certaines conditions d'amplifier la luminance monochromatique directionnelle dans un milieu absorbant. Enfin, nous montrerons que ces matériaux permettent de concevoir des sources thermiques cohérentes en champ lointain.

Dans une seconde partie nous nous intéresserons aux propriétés de cohérence du champ rayonné par des matériaux stratifiés micro et nanostructurés et à la mise au point de sources thermiques cohérentes à partir de ces matériaux. Nous commencerons par décrire le comportement émissif en champ lointain des films fins et montrerons que ces milieux peuvent se comporter comme des antennes thermiques. Nous verrons ensuite comment les structures composites planes peuvent servir à mettre au point des sources thermiques à haut de degré de cohérence spectrale simultanément pour les deux états de polarisation du champ électromagnétique. Enfin, nous montrerons qu'il est possible, pour concevoir une source thermique cohérente, d'abandonner la démarche heuristique usuelle basée sur une approche de type essai-erreur au profit d'une démarche ab-initio plus rationnelle.

Dans la troisième et dernière partie de ce mémoire nous présenterons nos travaux sur les transferts de chaleurs en champ proche dans les matériaux composites. Une fois de plus, on commencera par décrire le comportement des films minces. Nous verrons que lorsqu'un film supporte des ondes de surface, l'hybridation de ces modes de part et d'autre du film lui confère un comportement radicalement différent de celui des matériaux massifs. On étudiera ensuite les transferts de chaleur par interactions d'ondes de surface dans des réseaux de nanoparticules immergés dans des matrices diélectrique solides. Nous montrerons que lorsque les nanoparticules sont séparées par des distances plus grandes que leur diamètre, chaque particule peut-être considérée comme un simple dipôle en interaction avec ces voisins. Dans ce cas, nous verrons que le transfert de chaleur par interaction des polaritons de surface à travers le réseau est négligeable. En revanche, nous montrerons qu'à courtes distances de séparation (typiquement pour des distances inférieures au diamètre des particules) les interactions multipolaires peuvent devenir très importantes et augmenter significativement le transfert de chaleur. Enfin, nous étudierons le transport de chaleur dans les réseaux monodimensionnels en régime balistique et en régime diffusif .

L'huile de tournesol fortement oléique est transformée en sel alcalin, puis en sel métallique non hydrosoluble par rupture et formation de liaisons O-métal régies par des transferts de matières et des échanges de cations. La structure du groupement carboxylate et le type de liaison O-métal suivant le cation du sel métallique lipophile sont définis par spectroscopie infrarouge. Ceux-ci ainsi que des paramètres thermodynamiques sont nécessaires pour des approches physico-chimique et cinétique des réactions de saponification et d'échange. L'étude des réactions d'échange montre l'importance des transferts de matière et de cations pour la formation de sels métalliques. L'influence des sels inorganiques sur l'évolution des réactions est abordée grâce à leurs effets salting-out ou désémulsifiant. Ces travaux ont permis la mise au point d'un réacteur agité chauffé par fluide caloporteur et d'un réacteur hydrothermal chauffé par induction thermique plus approprié aux milieux électrolytiques
The conversion of a specific substrate, such as high oleic sunflower oil, in alkaline water-soluble salt, then in metallic water-insoluble salt is obtained by O-metal bond breaking and formation. This conversion is driven at the same time by mass and energy transfer reactions and by cation exchanges. Analytic tools such as infrared spectroscopy or molecular modeling are useful to define the carboxylate group structure and the O-metal bond in function of the lipophilic metallic salt cation. These spectroscopic data associated to physico-chemical (CMC) and thermodynamic (ionization and/or dissociation heats and constants. . . ) parameters permit to followed saponification and exchange reactions with a physico-chemical and a kinetic approach. Saponification reaction is a succession of complex media that keep developing. It can not be generalized. Cation exchange reaction study underlines the importance of mass and cation transfers that are necessary to the obtaining of metallic water-insoluble salts. Moreover, the inorganic salt effects on exchange reactions are approached by highlighting their salting-out and anti-lather effects on the media. These studies permit to settle two reactors : a stirred batch reactor and a hydrothermal reactor heated by thermal induction. The last one is more suitable for electrolytic media such as saponification and exchange ones

L'information génétique peut être endommagée ou détruite par des facteurs internes ou externes (médicaments, rayonnement UV-visible. . . ), pouvant induire des mutations voire la mort cellulaire. L'oxydation de l'ADN est une des principales lésions: elle peut se produire localement mais aussi à distance par transfert de charge, de proton, d'énergie le long de la double hélice selon des mécanismes encore mal définis. L'objectif de cette thèse a été d'étudier les étapes élémentaires (de la femtoseconde à la microseconde) de différents processus d'oxydation de l'ADN. Pour ce faire, diverses molécules interagissant avec les bases nucléiques (camptothécine, MABAP) ou dérivées de ces bases (2-chloropyrimidine), toutes à visée thérapeutique, ont été utilisées et étudiées grâce à diverses méthodes de spectroscopie d'absorption et de fluorescence. Les résultats ont montré que la formation d'un complexe de stacking entre la camptothécine et les bases guanines était essentielle à l'activité du médicament et qu'un transfert de charge à partir de l'état triplet de la camptothécine pour former le radical cation de la guanine expliquait l'activité accrue du médicament sous activation photonique. Le bichromophore bis intercalant de l'ADN (MABAP), capable de s'intercaler entre les paires de bases GC de l'ADN a été utilisé comme nanosonde des transferts de charge et/ou d'énergie au sein de l'ADN: un processus d'oxydation local femtoseconde des bases guanines a été mis en évidence ainsi qu'un " dialogue " entre les deux chromophores de la MABAP intercalée entre les paires de bases GC, via la mise en évidence d'un transfert d'énergie. Des études préliminaires, à l'échelle de temps femtoseconde, sur la 2-chloropyrimidine ont permis de poser les bases de l'étude du mécanisme d 'hydroxylation des bases de l'ADN
Internal or external factors (drugs, UV-visible radiation) may induce mutations and even cell death and thus result in damage or loss of genetic information. DNA oxidation is one of the main damages; it may occur either locally or at a distance via charge or proton or energy transfer along DNA according to mechanisms not yet understood. The aim of this thesis was to study the primary steps (from femtoseconds to microseconds) of different DNA oxidation processes. Several compounds interacting with nucleic bases (camptothecin, MABAP) or derivatives of these bases (2-chloropyrimidine), all of which liable to therapy application, have been investigated using different techniques of absorption and fluorescence spectroscopy. The formation of a stacking complex between camptothecin and guanines has been shown in this work to be prerequisite for drug activity; the observed photon-enhanced activity of the drug can be explained by a charge transfer process from the camptothecin triplet giving rise to the guanine radical cation. MABAP, a DNA-bis intercalating bichromophoric drug, able to intercalate between the GC base pairs in DNA, has been used as a nanoprobe of charge and/or energy transfer in DNA: a local femtosecond guanine oxidation process has been evidenced as well as an exchange -through energy transfer- between both chromophores of MABAP intercalated between GC base pairs. Preliminary femtosecond time resolved investigations of 2-chloropyrimidine have allowed to lay down the foundations of the study of the hydroxylation mechanism of DNA bases

L'etude est principalement focalisee sur un des organes composant un cycle de pompe a chaleur a absorption qu'est le separateur. L'interet de l'etude de cet element reside dans son influence dynamique sur le cycle d'absorption. Il s'agit d'un echangeur au sein duquel est accompli une separation d'un melange binaire sous l'effet d'un apport d'energie assure par un bruleur a gaz de puissance 12 kw et fonctionnant en tout ou rien. L'etude proposee dans l'ouvrage est repartie en trois etapes: la premiere consiste en la modelisation et simulation de l'ensemble separateur-condenseur. La deuxieme partie traite la modelisation des autres equipements (echangeur, prechauffeur, cuve de stockage) contribuant a la continuite du cycle thermodynamique de l'installation. Le comportement en mode d'echauffement, en regime stationnaire, en mode de refroidissement et au redemarrage, constate experimentalement est reproduit de maniere quasi-parfaite par la simulation. La derniere etape de l'etude est relative a une analyse exergetique des divers appareils formant l'installation et notamment le separateur. Cette etude a permis d'etablir le rendement exergetique de ce dernier

Les nouvelles exigences du diagnostic clinique et de la thérapeutique, particulièrement en termes d’examens au chevet du patient et en médecine de précision, ont conduit à une demande croissante d’analyses à la fois multiplexées et présentant un rendement important, et ce d’un grand nombre de biomolécules au sein d’un échantillon unique. La thèse se concentre sur le développement de biosenseurs multiplexés basés sur le transfert d’énergie par résonance de type Förster résolu en temps de complexes de lanthanide vers des colorants organiques ou des boîtes quantiques. Je présente plusieurs techniques novatrices permettant la détection simultanée et multiplexée de protéines biomarqueurs du cancer (récepteur du facteur de croissance épidermique) ou de microARNs (hsa-miR-20a-5p, hsa-miR-20b-5p et hsa-miR-21-5p) avec de très faibles limites de détection. J’ai utilisé différentes stratégies afin d’obtenir des détections multiplexées telles la détection multiplexée spectrale basée sur les différents spectres d’émission de différents luminophores, et la détection multiplexée temporelle basée sur les durées de vie distinctes des états excités des luminophores. Ces travaux ne sont pas seulement une recherche appliquée qui peut être utilisée en diagnostic clinique, mais constituent également une recherche fondamentale sur le FRET résolu en temps qui ouvre de nouvelles perspectives de détection et augmente considérablement le nombre de biomarqueurs pouvant être détectés
The new mission of clinical diagnostics and therapeutics, especially in point-of-care testing and precision medicine, has led to an increasing demand for multiplex and high throughput analyses of large numbers of biomolecules within a single sample. The thesis focuses on developing multiplexed biosensors based on time-resolved Förster resonance energy transfer from lanthanide complexes to organic dyes or quantum dots. I present several new techniques to simultaneously and multiplexed detect cancer related protein biomarkers (human epidermal growth factor receptor) or microRNAs (hsa- miR-20a-5p, hsa-miR-20b-5p and hsa-miR-21-5p) with very low limits of detections. I have used different strategies to achieve multiplexed detections such as spectral multiplexed detection based on different emission spectra of different luminophores, and temporal multiplexed detection based on distinguishable excited-state lifetimes of luminophores. The work is not only an applied research that can be used in clinical diagnostics but also a fundamental research of time-resolved FRET, which opens a new dimension of detection and greatly increases the number of biomarkers that can be detected

Cette thèse est consacrée à l'étude en phase gazeuse de la relaxation vibrationnelle des molécules CH₄ et CD₄ et de leurs mélanges avec un monoatomique (He, Ne, Ar). L'étude expérimentale est faite par une méthode photoacoustique non résonnante. La gamme de température couverte correspond à 140-376 K. Deux excitations radiatives sinusoïdales peuplant les niveaux ν₄ et ν₃ sont successivement utilisées. Après établissement d'un modèle cinétique rigoureux, les constantes de vitesse caractérisant les échanges collisionnels entre niveaux vibrationnels sont extraites de la mesure du déphasage existant entre l'excitation radiative et le signal du microphone. Les résultats expérimentaux obtenus suggèrent une participation importante de la rotation au processus de relaxation vibrationnelle. L'interprétation des résultats est faite à partir d'une théorie semi­ classique utilisant une expression asymptotique des symboles (3j) valable aux grandes valeurs de j et un traitement au premier ordre de perturbation. La dépendance angulaire du potentiel intermoléculaire et l'existence de transitions rotationnelles simultanées sont prises en compte. Les sections efficaces Gν₂,ji → 0,jg et Gν₄,ji →0,jg, calculées pour les couples CH₄-monoatomiques et CD₄-monoatomiques, montrent une participation important des transitions rotationnelles lors du transfert d'énergie. Les constantes de vitesse V→TR calculées sont en bon accord avec les résultats expérimentaux pour les collisions avec l'argon ; l'accord est moins bon pour les autres couples, probablement par suite de potentiels mal connus
The present thesis is related to the vibrational relaxation in the gas phase of CH₄, CD₄ and their mixtures with a monoatomic gas (He, Ne, Ar). The experimental study uses a non-resonant photoacoustic technique in the 140-376 K temperature range. The CH₄ (or CD₄) molecules are excited up to the vibrational level ν₄ or ν₃ by a modulated infrared beam. A rigorous kinetic model is established. The rate constants for the different collisional transfers are deduced from the measurement of the phase shift between the radiative excitation and the microphone signal. The experimental results suggest an important participation of rotation to the vibrational transfer. To interpret these results a theoretical calculation is carried out in the framework of the semi-classical coupled-states approximation using asymptotic expressions of (3j) symbols and a first order perturbation treatment. This model takes intermolecular potential angular dependence and simultaneous rotational transitions into account. The cross sections Gν₂,ji → 0,jg et Gν₄,ji →0,jg are calculated for CH₄-monoatomic and CD₄-monoatomic. We observe a strong influence of rotational energy transfers on the vibrational transfer. The agreement between experimental and theoretical V→TR rate constants is excellent when the collision partner is Ar ; it is less satisfactory for other partners for· which the intermolecular potentials remain less reliable

La mise en evidence de structures coherentes dans les petites echelles des ecoulements turbulents suggere que des mecanismes simples (en particulier la concentration de la vorticite et l'etirement tourbillonnaire) jouent un role important dans les transferts d'energie internes a l'agitation turbulente. Nous nous sommes interesses dans une premiere partie au processus de creation de telles structures a partir des resultats de simulations numeriques directes de turbulence homogene isotrope. Le suivi spatio-temporel de nappes de vorticite isolees au cur de l'ecoulement turbulent suggere que celles-ci produisent des filaments de vorticite par un processus de concentration de la vorticite similaire a celui decrit par neu a partir des modeles de nappe et de tourbillon de burgers. Les signatures spectrales des structures coherentes, etablies a l'aide de la transformation en ondelettes, suggerent que les filaments de vorticite ont une structure plus proche du tourbillon de burgers que du tourbillon spiral et etire de lundgren. L'extension du modele asymptotique de nappe de vorticite contrainte de neu au cas diphasique montre que des particules accumulees sur la nappe ont un effet stabilisateur, et s'opposent ainsi a la concentration de la vorticite. Ainsi les particules, qui sont sans effet sur les tourbillons de grande echelle, pourraient avoir un effet non negligeable sur les transferts d'energie internes a l'agitation turbulente

Ce travail de thèse porte sur l'étude des processus d'excitation, d'ionisation et de fragmentation d'agrégats de carbone monochargés C^+_n (n \leq 10) lors de collisions avec un atome d'hélium. Les collisions ont lieu à haute vitesse (2.6ua) pour laquelle le mécanisme d'excitation électronique et d'ionisation de l'agrégat domine. Les processus collisionnels (excitation électronique, ionisation simple et multiple, fragmentation) sont étudiés par le biais d'une nouvelle technique basée sur l'analyse de la forme des signaux de courant délivrés par des détecteurs à semi-conducteur sous l'impact des fragments rapides. Elle permet de résoudre sans ambiguïté les empilements de masses dans les détecteurs. La détection en coïncidence sur plusieurs voies permet de collecter tous les fragments issues de la collision (100% d'efficacité). Ainsi, le processus électronique survenu est identifié, la voie de fragmentation aussi. Les sections efficaces absolues d'excitation électronique, de simple, double, triple et quadruple ionisation sont mesurées et comparées aux prédictions d'un modèle à atomes et électrons indépendants (AEI). Les rapports de branchement de toutes les voies de fragmentation des agrégats C_n^q+ (n=5-10, q=0-4) sont mesurés et interprétés dans le cadre de la théorie statistique MMMC (Microcanonical Metropolis Monte Carlo).

L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer le processus de refroidissement des bandes d'acier dans les lignes continu de recuit et de galvanisation. Le processus de refroidissement dans ces lignes est d'un intérêt métallurgique majeur. Des capacités de refroidissement insuffisantes peuvent entrainer la production d'acier de qualité inadéquate. Premièrement, le refroidissement par jets de gaz impactant sur l'acier est étudié. Le transfert de chaleur par ce procédé est limité d'une part pas la consommation du ventilateur et d'autre part par els phénomènes instationnaire qui apparaissent au niveau de la plaque pour de vitesse de jets élevées. Ainsi, la configuration du système de soufflage ainsi que les propriétés du gaz refroidissant sont analysés afin d'augmenter le taux de refroidissement en maintenant la consommation énergétique au plus bas. Une configuration optimale est ainsi définie. Par la suite, un modèle numérique est développé pour simuler l'interaction fluide-structure à l'origine des oscillations de la plaque. Ce modèle a permis de comparer des jets obliques à des jets impactant perpendiculairement. La configuration oblique confère plus de stabilité. Cependant, les taux de refroidissement maximaux par impact de jets ne sont pas suffisants pour obtenir des qualités d'acier spécifiques. C'est pour cela qu'une technique de refroidissement plus efficace basée sur le transfert de chaleur par ébullition est introduite. En effet, en raison du changement de phase qui se produit, des flux élevés de chaleur sont dissipés pour des vitesses d'impact minimes. Et, afin de contourner les réactions d'oxydation avec l'eau, un autre liquide à changement de phase est choisi pour le refroidissement, c'est le Pentane. Pour un refroidissement homogène et des économies du débit de fluide, le refroidissement par pulvérisation de gouttelettes (spray) est utilisé. Ainsi, un banc d'expérimentations est mis en place pour caractériser les échanges thermiques d'un spray de Pentane à température de surface élevée. L'effet des différents paramètres hydrodynamiques du spray sont étudiées et une corrélation est proposée. Elle permet de prédire le flux de chaleur évacué par un spray de pentane en fonction de la température de surface et des propriétés hydrodynamiques du spray. La corrélation est par la suite implémentée afin de prédire le taux refroidissement d'une tôle d'acier défilant dans une section de refroidissement par spray de pentane. Les performances de cette dernière sont par la suite comparé à un refroidissement par impact de jet pour le même cahier de charge. Le refroidissement par spray de pentane confère non seulement de meilleurs taux de refroidissement mais optimise aussi les consommations d'énergie
The main scope of this dissertation is to ameliorate the cooling process of the steel strips in continuous annealing and galvanizing lines. Cooling in continuous annealing and galvanizing lines is of great metallurgical interest. Insufficient cooling capacity can result in inadequate steel grades. Cooling by impinging gas jets over the steel surface is first investigated. The heat transfer rates of this process are limited on one side by the blowing device power consumption and on the other by the occurring non stationary phenomena for high impingement velocities. On one side, the blowing device configuration and blown gas properties are analyzed in order to increase the cooling rates while keeping the power consumption at its lowest. The study is undertaken throughout literature, experimental measurements, and numerical results. An optimized configuration is defined. On the other, a numerical model is developed to simulate the fluid-structure interaction that generates the detrimental oscillations of the strip. A configuration of oblique jet impingement is compared to normal impingement. It was proven to confer more stability. However, the maximum cooling rates reached by gas convection are insufficient regarding the cooling rates to obtain special steel grades. A more efficient technique based on boiling heat transfer is investigated. Due to phase change that occurs in boiling heat transfer, high heat fluxes are dissipated for small flow velocities. In order to sidestep the oxidation problems encountered with water, another liquid coolant is chosen, Pentane. For homogenous cooling patterns and savings in flow requirements, spray nozzles are used to impinge Pentane over the hot surface. An experimental bench is then set-up to characterize the cooling rates of a pentane spray for high surface temperature, i. E. Film boiling regime. The effect of the spray hydrodynamic parameters on the heat transfer process is analyzed and a correlation is developed. T he correlation predicts the evacuated heat flux from the hot surface as a function of the surface temperature and spray hydrodynamic parameters. The developed correlation is implemented in a simulation model in order to predict the cooling rate of a Pentane spray cooling section. The latter is then compared to gas jet cooling section for the same terms of reference. Aside from yielding higher cooling rates, Pentane spray cooling results in savings in power consumption

Cette étude vise à explorer la dynamique de la dissipation et du transfert d’énergie dans la turbulence de paroi, mettant en évidence trois résultats majeurs.Tout d’abord, la mise à l’échelle de la dissipation ne suit pas la cascade classique de Kolmogorov‐Richardson mais elle favorise au contraire une cascade d’énergie en déséquilibre à la fois dans le temps et en l’espace. Deuxièmement, l’équilibre de Kolmogorov, dans lequel le transfert inter‐échelle équilibre la dissipation, ne peut être atteint qu’asymptotiquement autour de l’échelle de Taylor, une longueur non inertielle dépendant de la viscosité et de la distance à la paroi. Enfin, nous mettons en évidence l’organisation du transfert d’énergie autour des structures cohérentes,révélant le caractère inhomogène de ce transfert et l’expliquant à travers un champ de vitesse local simplifié. Ces résultats permettent de faire progresser notre compréhension de la turbulence de paroi et améliorer les hypothèses de modélisation utilisées dans les simulations de cas plus réalistes
This study aims to explore the dynamics of turbulence dissipation and energy transfer in wall turbulence, highlighting three key results. First, the dissipation scaling does not adhere to the classical Kolmogorov‐Richardson equilibrium cas‐cade; instead, it supports a non‐equilibrium energy cascade in both time and space.Second, Kolmogorov equilibrium, in which the interscale transfer balances dissipa‐tion, can only be asymptotically achieved around the Taylor length, a non‐inertiallength that depends on viscosity and wall distance. Lastly, we illuminate the or‐ganisation of energy transfer around coherent structures, revealing their markedly in homogeneous nature and explaining it through a simplified local velocity field.These insights offer valuable contributions to advancing our understanding of wall turbulence and enhancing the modelling assumptions employed in practical sim‐ulations

La transmission d'énergie sans fils (TESF) a été initiée dans les années soixante afin de répondre à des préoccupations énergétiques de tout premier ordre. Un demi-siècle plus tard, la question énergétique reste une préoccupation majeure qui ne se pose plus uniquement en termes de ressources mais également en termes d'autonomie et de portabilité. La TESF s'est adaptée à cette situation et est actuellement orientée vers le développement de structures capables de convertir des densités de puissance faibles afin d'améliorer l'autonomie des systèmes électroniques portables ou d'alimenter à distance des dispositifs électroniques inaccessibles ou nomades.Le travail proposé est subdivisé en trois parties : une première partie qui traite de la conversion de puissances faibles et qui présente un circuit rectenna (rectifying antenna) mono-diode fonctionnant sur une gamme de puissance allant de 1 mW à 10 mW. Une seconde partie, traitant de la conversion de puissances importantes, basée sur un convertisseur en pont de diodes capable de convertir des puissances allant jusqu'à 200 mW, et une dernière partie dédiée à l'élévation de la puissance transmise à la charge au travers d'associations de rectenna dont nous présentons plusieurs variantes.La comparaison technologique est à la base de ce travail. En effet, les développements récents des composants CMS permettent aujourd'hui de les utiliser pour la réalisation de circuits RF fonctionnant à des fréquences allant jusqu'à plusieurs gigahertz. Nous proposons dans cette thèse plusieurs circuits basés sur cette technologie que nous comparons à une technologie intégrée qui s'impose comme une alternative aux circuits micro-rubans. Ce travail a également été l'occasion d'introduire certains principes de l'électronique de puissance dans la conception de circuits RF.

L’objectif de mon travail de thèse a été de mettre au point une nouvelle technique de nanoscopie de fluorescence par excitation non radiative pour l’étude des interactions membrane/substrat. Cette technique repose sur la modification d’une lamelle de verre par une monocouche de boîtes quantiques (QDs). Les QDs joueront alors le rôle de donneurs lors du transfert d’énergie non radiatif. Afin d’obtenir un transfert d’énergie entre cette surface et une membrane (vésicule géante unilamellaire ou cellule vivante), cette dernière est marquée par un fluorophore amphiphile jouant le rôle d’accepteur. Notre étude s’est principalement portée sur l’étude de l’adhésion des vésicules (système modèle de cellule) sur une surface de QDs recouverte de poly-L-lysine. Une attraction électrostatique forte est alors induite, conduisant à l’adhésion des vésicules sur la surface En ajoutant un sel en solution, nous avons pu contrôler finement la force de l’interaction et donc modifier la distance d’équilibre entre la surface et la membrane. A partir de mesure quantitative du quenching des QDs et de la fluorescence émise par le transfert non radiatif, nous avons pu calculer les distances d’équilibre et obtenir une cartographie de ces distances avec une résolution optique nanométrique. Nous avons également utilisé cette technique pour étudier l’adhésion membranaire des cellules U87MG sur différentes surfaces afin d’observer leur points focaux
The objective of my thesis work was to develop a new technique of Non-radiative Excitation Fluorescence Microscopy to study the interactions membrane/substrate.This technique is achieved by coating the substrate with donor species, such as quantum dots (QDs). Thus the dyes are not excited directly by the laser source, as in common fluorescence microscopy, but through a non-radiative energy transfer.To prevent dewetting of the donor film, we have implemented a silanization process to covalently bond the QDs on the substrate. A monolayer of QDs was then deposited on only one side of the coverslips. We highlight the potential of our method through the study of Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) labeled with DiD as acceptor, in interaction with surface functionalized with poly-L-lysine. In the presence of GUVs, we observed together a quenching of QDs emission and emission of DiD located in the membrane, which clearly indicated that non-radiative energy transfer from QDs to DiD occurs. By changing salt concentration in the solution, we have been able to finely control the force of the interaction and thus modify the equilibrium distance between the surface and the membrane. From quantitative measurements of quenching of QDs and fluorescence emitted by non-radiative transfer, we calculate the equilibrium distances and obtain a mapping of these distances with a nanometric optical resolution. Based on this study, our functionalization technique is also used to observe the adhesion of living cells, U87MG on different surfaces in order to observe their focal points

Les simulations confirment ce résultat et donnent une loi d'échange proportionnelle à RaD1/2. Ce mémoire présente l'étude expérimentale et numérique (DNS 2D) de l'écoulement de convection naturelle généré entre deux volumes de fluide à températures différentes, superposés et communiquant au travers d'une ouverture mince horizontale. Les visualisations par tomographie laser mettent en évidence différents régimes d'écoulement : laminaire puis pseudo périodique pour les faibles nombres de Rayleigh (Ra) et chaotiques à Ra élevé. Une analyse fine des mécanismes tridimensionnels complexes d'échange au sein de l'ajutage est proposée. Les simulations numériques restituent fidèlement l'aspect qualitatif des mécanismes observés. Expérimentalement, l'enthalpie échangée indique que la longueur caractéristique du phénomène est indépendante des hauteurs des volumes de fluide et est une fonction complexe de l'épaisseur et du diamètre D de l'ajutage, D demeurant le paramètre principal
This thesis presents an experimental and numerical (DNS 2D) study of natural convection flow induced by exchange between two superposed fluid compartments at different temperatures, through a thin horizontal aperture. Laser tomography visualisations reveal different flows : laminar, pseudo periodical for low Rayleigh number and chaotic for high Rayleigh number. An analysis of complex three-dimensional local exchange mechanisms is proposed. Direct numerical simulations give faithful mechanisms reproduction. Experimentally, net heat transfer quantification shows that characteristic length is independent of compartment's heights but is a complex function of thickness and diameter D, D remaining the main parameter. Numerical simulations confirm this result and give an exchange law proportional to RaD1/2

Ce travail presente une etude theorique des phenomenes predisriptifs dans les liquides, menant a la formation d'une bulle de gaz. En effet, lorsqu'un liquide dielectrique est soumis a un champ electrique suffisamment intense (quelques mv/cm), on observe experimentalement les evenements dans l'ordre chronologique suivant : declenchement d'une avalanche electronique suivi de la formation d'un plasma froid avec emission de lumiere, puis emission d'une onde de choc et enfin formation d'une cavite gazeuse ; cette bulle est observee quelle que soit la pression hydrostatique p appliquee sur le liquide, p etant inferieure ou superieure a la pression critique. La modelisation que nous avons donc developpee consiste a remplacer l'avalanche electronique par une energie electrique injectee w#i. Le bilan d'energie effectue pour le plasma de volume v#0, qui est un systeme thermodynamique hors equilibre, a permis de mettre en evidence un nouveau terme de transition de phase, different du terme de chaleur latente de vaporisation. En considerant ensuite une distribution gaussienne de pression et de temperature dans v#0, on en deduit l'expression de toutes les grandeurs caracteristiques du plasma, de l'onde de choc et de la bulle. Le modele ainsi developpe requiert seulement la connaissance des caracteristiques du liquide, de l'energie injectee w#i et du volume v#0. La confrontation du modele avec les grandeurs observables dans les experiences de preclaquage electrique et de claquage laser a montre un accord satisfaisant ; notamment, on arrive a prevoir le regime dynamique de la bulle (avec ou sans rebonds).