Tesi sul tema "Transferts aux interfaces"

L'étude des nanobulles de vapeur générées autour de nanoparticules métalliques chauffées par un laser dans de l'eau a connu un intérêt croissant au cours de la dernière décennie, motivé notamment par leur utilisation potentielle pour des applications biomédicales. Ces travaux sont majoritairement expérimentaux et il n'existe pas de description complète des phénomènes physiques régissant la génération et la dynamique des nanobulles. L'objet de cette thèse est de répondre à ces questions fondamentales par la résolution numérique d'un modèle fondé sur les équations de conservation locales dans le fluide (masse, quantité de mouvement et énergie) et prenant en compte la thermodynamique du fluide, les effets capillaires et la résistance thermique à l'interface or-fluide. Par la résolution de ce modèle, nous avons accès à la thermodynamique du fluide avant sa vaporisation et pendant la durée de l'existence des nanobulles, ce qui permet la description de leur dynamique. Dans un second temps, nous définissons le critère de vaporisation dans le fluide par le franchissement de la température spinodale du fluide. Enfin, nous effectuons le bilan énergétique de la production et de la croissance des nanobulles, pour optimiser le transfert énergétique entre le laser et la nanobulle. Nous nous intéressons enfin à la conductance thermique d'interface due au couplage électron-phonon entre un métal et un diélectrique. Après avoir souligné l'influence de ce type de couplage sur le transfert énergétique interfacial, nous présentons des résultats préliminaires concernant le chauffage d'un fluide par des nanoparticules de type cœur-coquille or-silicium
Nanobubbles produced around metal nanoparticles heated by a laser pulse have received an increasing interest over the last decade. This interest is motivated by the possible use of those nanobubbles as an agent for cancer therapy. Existing studies are mainly experimental and a complete description of the mechanisms controlling the nanobubbles generation and evolution is still lacking. The aim of this thesis is to answer those fundamental issues by numerically solving a model based on the conservation equations inside the fluid (mass, momentum and energy). This model accounts for the thermodynamics of the fluid, capillary effects and a thermal interface resistance across the particle-fluid interface. Solving this model gives information about the thermodynamics of the fluid before and after its vaporization, which allows for the description of the bubbles dynamics. Then, we can define a criterion for bubbles generation, which corresponds to the crossing of the spinodal temperature of the fluid. Finally, we investigate the role played by the interface thermal resistance arising from electron-phonon couplings between a metal and a dielectric. We present some preliminary results concerning the heating of a fluid with core-shell nanoparticles

Dans divers procédés, comme lors de l'affinage de l'acier, ou bien, dans le retraitement des déchets nucléaires, les interfaces entre deux phases liquides sont le siège de transferts de masse. Ces derniers nécessitent la mise en oeuvre de moyen de brassage pour accélérer la cinétique du transfert des polluants d'une phase vers l'autre.
Cette thèse s'intéresse à l'utilisation des forces électromagnétiques pour agiter, sans contact matériel, le cœur du bain et l'interface afin de contrôler voire d'augmenter la cinétique de ces transferts. Pour cela, deux installations expérimentales complémentaires ont été utilisées :
La première a permis de mesurer le transfert d'Indium initialement dissous dans du mercure vers un électrolyte de couverture et le champ des vitesses dans le mercure. Les expériences réalisées ont permis, d'une part de déterminer la topologie des champs de vitesses des écoulements dans le bain de mercure, et d'autre part de compléter les lois d'évolution de la cinétique de transfert en fonction de l'intensité du champ magnétique. Cette évolution est corrélée aux comportements dynamiques de la surface du mercure.
La seconde installation a permis de caractériser le transfert d'un élément (Pb, Zr ou Ce) initialement contenu dans un sel fluoré vers une matrice d'antimoine contenant du lithium. Il apparaît que les cinétiques des transferts sont toutes très rapides. Le dispositif proposé est particulièrement efficace lors de transfert du Cérium (limité par l'interface) mais sans action lors de transfert de Zirconium.

Etude theorique et experimentale de l'ecoulement d'un film liquide mince sur une paroi solide, plane, lisse, faiblement inclinee par rapport a l'horizontale. On etablit les equations generales de conservation dans la phase liquide et dans la phase gazeuse. On observe differents regimes d'ecoulement : laminaire lisse, laminaire ondule et turbulent avec ou sans intermittence

La modélisation des transferts thermiques en écoulements diphasiques est l'une des pierres angulaires de l'étude de la sûreté des réacteurs nucléaires. À l'échelle du réacteur, elle repose sur des corrélations expérimentales. L'utilisation croissante de la mécanique des fluides numérique pour les études de sûreté renforce la demande d'expertise dans les outils de simulation, en particulier du point de vue de la modélisation. En soutien aux modèles moyennés à deux fluides, nous souhaitons apporter des informations de fermetures locales pour considérer la physique des transferts interfaciaux et les effets 3D. Pour cela, comme la résolution directe des équations de bilan locales par SND est trop coûteuse, nous souhaitons développer un outil de SGE diphasique pour modéliser les petites échelles turbulentes et les petites déformations interfaciales. Comme le changement de phase est à l'origine de l'écoulement diphasique pour les applications visées, nous étendons dans ce mémoire le modèle Interfaces and Subgrid-Scales (ISS, Toutant et al., 2009a) aux interfaces avec changement de phase, pour lesquelles l'hypothèse de continuité de la vitesse à l'interface n'est plus valable. Le suivi explicite des interfaces permet d'évaluer précisément les transferts comme le taux de transfert de masse. Dans un premier temps, nous établissons une description mésoscopique du problème où l'interface est diffuse en filtrant les équations locales instantanées et en modélisant les transferts sous-filtres aux interfaces. Les principales difficultés de modélisations proviennent (i) de la détermination de la vitesse de l'interface, (ii) de l'effet de la discontinuité des vitesses sur les modèles sous-maille, (iii) de la discontinuité du flux et (iv) de la condition de saturation de l'interface. Les modèles proposés sont qualifiés a priori en observant leur prédiction par filtrage explicite de solutions de SND. Dans un deuxième temps, nous établissons un système macroscopique discontinu équivalent au problème diffus pour bénéficier de l'expertise acquise pour les méthodes numériques de SND. Aux interfaces, les modèles sous-maille sont concentrés pour modifier les conditions de raccord entre les phases. Les conditions de saut ainsi déterminées montrent que la vitesse de l'interface est affectée par la courbure et par le saut de vitesse. Un saut de vitesse tangentielle est introduit pour modéliser la couche limite dynamique. Sur le plan thermique, nous retrouvons la condition de saturation caractéristique du changement de phase ; le taux de changement de phase ne dépend plus uniquement du saut de flux conductif mais, pour pallier la sous-résolution de la couche limite thermique au voisinage de l'interface, nous proposons de lui ajouter la contribution sous-maille des corrélations vitesse/température. Comme en SGE monophasique, le gain apporté par la modélisation ISS permet d'envisager l'utilisation de simulations fines pour des problèmes appliqués. C'est la première étape d'une démarche multi-échelle pour fournir des fermetures aux modèles moyennés à deux fluides. Nous illustrons son potentiel sur une SND multi-bulles complexe.

L'extraction réductrice liquide-liquide est une des voies pyrochimiques les plusprometteuses pour assurer le retraitement des déchets nucléaires. Cette techniqueconsiste à extraire à haute température des éléments initialement en solution dansun sel fondu sur une nappe métallique. Afin d'améliorer les transferts de masse,l'utilisation de forces électromagnétiques permettant de brasser sans contact matérielle coeur des bains et l'interface elle-même a été envisagée.Les cinétiques d'extraction de trois lanthanides (cérium, néodyme et samarium)ont été étudiées expérimentalement. Une étude préalable nous a conduit à travaillersur le couple fluorure de lithium/antimoine et à utiliser le lithium comme agentréducteur. Les investigations réalisées ont démontré que le mécanisme contrôlant lacinétique rapide des transferts est la diffusion des espèces réactives à l'interface.La simulation numérique du réacteur expérimental faisant intervenir de multiplescouplages a également été réalisée. Elle a permis de déterminer les écoulementsturbulents dans chacune des phases. Les transferts de masse simulés ont ensuiteété comparés aux mesures expérimentales.

Ce travail est relatif a l'etude du comportement de vetements de protection soumis a une agression thermique. Nous nous sommes essentiellement interesses a l'etude de l'influence du phenomene de sudation, en menant simultanement deux etudes experimentale et theorique. L'etude experimentale est basee sur la methode d'interferometrie holographique en temps reel. Une technique originale de traitement des interferogrammes permet de mesurer simultanement les champs de temperature et de concentration en vapeur d'eau dans la couche d'air situee entre la peau et le tissu de protection. Prealablement a cette etude relative aux transferts thermique et massique couples, une etude de sensibilite aux divers parametres de mesure a permis de determiner l'erreur introduite lorsqu'on se place dans l'hypothese de l'air sec, en negligeant l'influence de la concentration en vapeur d'eau. Nous avons elabore un modele numerique prenant en compte les differents parametres du systeme. La validite de ce modele a ete averee par identification aux parametres mesures experimentalement par la methode d'interferometrie holographique. Une analyse des caracteristiques de comportement thermique propre a chaque tissu de protection a ainsi pu etre realisee. Par ailleurs, nous avons developpe une methode permettant de deduire de facon simple et precise les valeurs du coefficient d'echange de chaleur entre le tissu et l'air environnant, a partir des interferogrammes enregistres lors de differents essais. Ce parametre est en effet tres important dans le cas d'une agression thermique.

Un nouveau procédé électromagnétique est mis en œuvre afin d'améliorer les transferts de masse entre un métal liquide et un laitier placé en couverture. Le principe du procédé consiste à fondre et brasser le métal dans un four à induction à creuset froid alimenté par un courant alternatif bifréquence. Ce courant inducteur est constitué d'une moyenne fréquence pour chauffer et assurer un brassage électromagnétique au sein du métal ainsi que d'une basse fréquence de modulation destinée à agiter l'interface métal - laitier. Un tel courant inducteur est obtenu en modulant la consigne d'entrée d'un générateur à induction standard à l'aide d'un signal sinusoi͏̈dal délivré par un générateur de fonctions. Une étude du comportement hydrodynamique de la surface libre de gallium dans un tel système d'induction bifréquence a montré qu'il est possible d'exciter des modes de surface axisymétriques (0,n) lorsque la fréquence de modulation du courant inducteur correspond à la fréquence propre d'un des modes de surface. Les amplitudes maximales et la fréquence des déformations de la surface libre ont été mesurées en fonction des paramètres de consigne d'entrée imposés au générateur. Il ressort une assez bonne corrélation entre les caractéristiques expérimentales des déformations et les valeurs issues d'un modèle analytique. Un système de détection de résonance, sans contact avec la surface libre, a été mise en place afin de détecter les déformations de la surface libre engendrées par l'excitation des modes de surface. L'aptitude du procédé à améliorer la cinétique du transfert de zirconium d'un sel fluoré vers un métal liquide contenant l'aluminium comme métal réducteur a été étudiée. Des expériences de transferts ont été réalisées sans et avec modulation du courant inducteur. Elles montrent que pour une valeur d'intensité du courant donnée, le transfert peut être accéléré sous l'effet de l'agitation interfaciale engendrée par la modulation du courant inducteur
A new electromagnetic process is set up in order to improve the mass transfers between a molten metal and a slag. The principle of the process consists to melt and stir the metal in an cold-crucible induction furnace supplied with a two-frequency alternating current. This inductive current contains a basic frequency to heat and ensure an electromagnetic stirring of the bulk metal as well as a low modulation frequency in order to destabilize the interface metal - slag. Such an inductive current is obtained by modulating the input instruction of a standard induction generator using a sinusoidal signal delivered by a function generator. A study of the hydrodynamic behaviour of the free surface of gallium in such a two-frequency induction system showed that it is possible to excite axisymetric oscillation modes when the modulation frequency of the inductive current corresponds to the eigenfrequency of the oscillation modes. The maximum amplitudes and the frequency of the deformations of the free surface were measured according to the modulation parameters imposed on the induction generator. The experimental features of the free surface oscillations agree qualitatively with those predicted by the analytical model. A system of detection of resonance, without contact with the free surface, was set up in order to detect the deformations of the free surface generated by the excitation of the oscillation modes. The aptitude of the process to improve the kinetics of transfer of zirconium from a fluorinated salt to a molten metal containing aluminium as reducing agent was studied. Experiments of transfer were carried out without and with modulation of the inductive current. They showed that, for a fixed value of the current, the transfer can be accelerated thanks to the interfacial agitation generated by the modulation of the inductive current

Les études de sureté pour les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) ont donné lieu au développement de nouveaux systèmes de mitigation des accidents graves. Lors d'un scénario d'accident grave, une partie plus ou moins importante du cœur du réacteur entre en fusion, formant du corium. Ce corium doit être évacué du cœur afin d'éviter des problèmes de criticité. Des tubes de déchargement ("DCS-M-TT") ont donc été intégrés au design des RNR-Na, afin de transférer le cœur fondu vers un récupérateur de corium. En sortant des tubes de déchargement, le corium forme un jet et s'étale sur le récupérateur ce qui permet de le refroidir plus efficacement. Le jet de corium en sortie des tubes de déchargement étant extrêmement chaud (~ 2000 - 3000 K) lorsqu'il impacte le récupérateur, il peut provoquer son ablation thermique. Il faut donc dimensionner le récupérateur pour qu'il ne soit pas percé par le jet. Des expériences ont été réalisées dans une précédente thèse pour améliorer la compréhension du phénomène d'ablation par un jet à surface libre, avec l'installation HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). De nouveaux résultats ont également été obtenus pour traiter des phénoménologies plus variées dans cette thèse. Ainsi, on s'est intéressé à l'ablation d'un solide par un jet immergé, problème qui présente une phénoménologie différente de celle du cas étudié précédemment. L'effet de la rugosité du solide impacté a également été traité et il a été mis en évidence que la prise en compte de la rugosité est importante pour le dimensionnement du récupérateur. L'ensemble de ces résultats ont été utilisés pour valider un code CFD. Les simulations numériques ont notamment permis d'obtenir des résultats d'ablation très similaires aux résultats expérimentaux pour le cas du jet immergé. Les simulations et expériences devront être complétées à l'avenir pour permettre de traiter numériquement l'ablation d'un solide par un jet de corium dans les conditions du réacteur
Safety studies for fast neutron reactors with sodium led to the development of mitigation systems for severe accidents. During a hypothetical severe accident, at least part of the reactor's core melts, leading to the formation of corium. The corium has to be relocated to prevent any criticality problems. Therefore, transfer tubes were integrated to the design of the core to relocate the corium from the core to a core-catcher. A jet of corium exits the transfer tubes and spreads on the core-catcher, allowing a better cooling of the corium. However, thermal ablation of the core-catcher will occur as the temperature of the corium is very high (~ 2000 - 3000 K). Thus, the core-catcher has to be dimensioned to prevent any breach due to the ablation. Experiments were performed during a previous thesis to improve understanding of the phenomenon of ablation by a free-surface jet, with a bench called HAnSoLO (Hot AblatioN of a SOlid by a Liquid - Observations). New results were obtained in the present work to address additional phenomenologies. For instance, the ablation of a solid by an immersed jet was studied. This is another situation that could occur in the real case. The effect of the roughness of the impacted solid was also addressed, and it was shown that taking roughness into account is important to design the core-catcher. All these results were used to validate a CFD code. In particular, the ablation result obtained through the numerical simulations were very similar to the experimental results for the immersed jet case. The simulations and experiments will be completed in the future to numerically treat the ablation of a metallic solid by a corium jet under reactor conditions

Les activités de recherche qui ont été développées s'inscrivent dans une logique d'amélioration de la modélisation/simulation des fluides denses multiconstituants non réactifs, aussi bien d'un point de vue statique que dynamique, en utilisant une démarche de type échelle microscopique vers échelle macroscopique (bottom-up). Un accent tout particulier à été mis sur l'étude des fluides d'intérêt pétrolier dans des conditions de gisement et ce par le biais de simulations numériques de la dynamique moléculaire classique (DM).
Les premiers travaux réalisés ont porté essentiellement sur la simulation numérique de la DM appliquée à l'étude de la thermodiffusion, ou effet Soret, en fluide libre et en milieu poreux. De ce travail est notamment ressortit que le confinement géométrique n'affecte pas le facteur de thermodiffusion et que l'effet Soret dans les mélanges d'alcanes est principalement du à un effet de masse.
Dans l'optique mentionnée dans l'introduction, trois thèmes ont été ensuite abordés. Deux thèmes ont trait à la dynamique moléculaire classique, l'un concernant l'influence de la description des interactions sur les propriétés thermophysiques dans les fluides et l'autre la simulation/modélisation de propriétés de transport du fluide de Lennard-Jones et son application aux corps réels. En particulier il a été montré qu'un état correspondant existait entre les potentiels de type Mie et Exponentiel au niveau des propriétés de transport et que Lennard-Jones (LJ) était un bon compromis pour les corps simples. De même ont été développées des corrélations basées sur le fluide de LJ permettant d'estimer les propriétés de transport. Cette approche s'est avérée particulièrement efficace quant à l'estimation de la viscosité des gaz acides (H2S, CO2). Le troisième thème concerne la modélisation macroscopique de la dynamique de fluides multiconstituants en milieux poreux pour lequel une approche de type équation Darcy généralisée par espèce a été proposée.
Les activités en cours concernent la prédiction/modélisation de fluides plus complexes avec ou sans interfaces mais également des aspects liés aux simulations multi-échelles/multi-physiques au travers d'un couplage direct entre mécanique des fluides numérique et DM. En particulier à été proposée une approche permettant l'étude de la thermogravitation dans les gisements par simulation moléculaire.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la nanothermique, c'est à dire, l'étude des transferts de chaleur à l'échelle du nanomètre, pour lesquels la loi de Fourier n'est plus valide. A cette échelle, l'interface domine le transport thermique par sa résistance au flux d'énergie thermique. Cetterésistance se manifeste par une discontinuité de la température aux interfaces. Il est important de pouvoir la prédire afin de contrôler et aménager les flux thermiques dans les application en microélectroniques où la taille des transistors modernes devient nanomètrique. Le but de cette thèse est d'une part, d'étudier la transmission angulaire des phonons et prédire la résistance de Kapitza aux interfaces entre solides, de quantifier le transfert d'énergie assuré par les phonons au travers d'un gap de vide nanométrique, et d'autre part d'étudier le transfert thermique dans un système nanoparticule cœur-coquille immergé dans l'eau. Nous avons développé une nouvelle méthode de dynamique de réseau couplée à l'utilisation de constantes de force issus des calculs ab-initio. Cette méthode permet d'obtenir la transmission des phonons entre deux solides, en fonction de leur fréquence et vecteur d'onde, en tenant comptede la dispersion des phonons en volume dans les deux milieux. Nous avons également appliqué la méthode pour décrire le transfert thermique à travers un gap de vide entre deux solides. Enfin, nous nous sommes intéressés au transfert thermique autour d'une nanoparticule (NP) immergée dans l'eau et chauffée par un faisceau laser. Nous avons comparé l'efficacité de chauffage des NPs homogènes d'or à celles de type cœur-coquille or-silice
This thesis is devoted to the study of interfacial thermal transport at the nanoscale where Fourier’s law is not valid. This is because, at this scale, phonon mean free path becomes smaller to the characteristic length of the system, thus the heat transfer is no longer diffusive but rather ballistic. As a consequence, the thermal boundary resistance (TBR) becomes a determinant factor in heat transfer. The goal of this thesis is, firstly, to study phonon transmission and predict the thermal boundary conductance at interface between two solids. To this end, we have developed a new approach, which combines lattice dynamics calculations and inputs from ab initio, and we have applied our LD model to two types of solid structures: the face-centered cubic (FCC) crystal solid and the diamond-like crystal solid.Secondly, we aim to quantify the phononic contribution in heat transfer across a nanometric vacuum gap that separates two solids. We have used this ab initio LD model to predict the contribution of phonons in the heat transfer across a vacuum gap in two systems: the Au/vacuum-gap/Au and the Si/vacuum-gap/Si. Our results indicate that phonons do contribute significantly to heat transfer across a nanometric/subnanometric vacuum gap. Finally, we have investigated heat transfer in a system made of a core-shell nanoparticle (NP) immersed in water and heated by a laser pulse. We have used the four temperatures model, we have solved numerically the heat transfer equations in the system, taking into account the thermal boundary resistance (TBR) and the interfacial electron-phonon coupling

L'objectif principal du travail effectué au cours de cette thèse était de développer, caractériser et analyser des matériaux originaux pour des réactions d'oxydation photosensibilisée. Une attention particulière a été accordée à la détermination des propriétés photophysiques des sensibilisateurs (PSs) et à l'effet induit par l'immobilisation sur un support inerte (silice). Les espèces réactives formées lors de l'irradiation ont été identifiées et analysées. La production d'oxygène singulet a été suivie par deux méthodes complémentaires. Les sensibilisateurs supportés ont été employés, sous la forme de monolithes ou de poudres, pour la photo-oxydation du diméthyl sulfure à l'interface gaz-solide et de l’-terpinène à l'interface liquide-solide. L'oxygène singulet est la principale espèce réactive de l’oxygène formée par les PSs sélectionnés; néanmoins, les produits de réaction ont été analysés afin de mettre en évidence d’autres mécanismes
The main aim of the work carried out during this PhD project was to develop, characterize and analyze original materials for photosensitized oxidation reactions. Particular attention was paid to the determination of the photophysical properties of the selected photosensitizers (PSs) and the effect induced by the immobilization on an inert support (silica). The reactive species formed upon irradiation were identified and analyzed. Singlet oxygen production was monitored by two complementary methods. The solid-supported sensitizers were employed, in the form of either monoliths or powders, for the photooxidation of dimethyl sulfide at the gas-solid interface and of -terpinene at the liquid-solid interface. Singlet oxygen was the main reactive oxygen species formed by the selected PSs; nonetheless, the reaction products were analyzed and other possible mechanistic scenarios investigated

Au cours des deux dernières décennies, l'intérêt porté aux interfaces cérébrales ou Brain Computer Interfaces (BCI) s’est considérablement accru, avec un nombre croissant de laboratoires de recherche travaillant sur le sujet. Depuis le projet Brain Computer Interface, où la BCI a été présentée à des fins de réadaptation et d'assistance, l'utilisation de la BCI a été étendue à d'autres applications telles que le neurofeedback et l’industrie du jeux vidéo. Ce progrès a été réalisé grâce à une meilleure compréhension de l'électroencéphalographie (EEG), une amélioration des systèmes d’enregistrement du EEG, et une augmentation de puissance de calcul.Malgré son potentiel, la technologie de la BCI n’est pas encore mature et ne peut être utilisé en dehors des laboratoires. Il y a un tas de défis qui doivent être surmontés avant que les systèmes BCI puissent être utilisés à leur plein potentiel. Ce travail porte sur des aspects importants de ces défis, à savoir la spécificité des systèmes BCI aux capacités physiques des utilisateurs, la robustesse de la représentation et de l'apprentissage du EEG, ainsi que la suffisance des données d’entrainement. L'objectif est de fournir un système BCI qui peut s’adapter aux utilisateurs en fonction de leurs capacités physiques et des variabilités dans les signaux du cerveau enregistrés.À ces fins, deux voies principales sont explorées : la première, qui peut être considérée comme un ajustement de haut niveau, est un changement de paradigmes BCI. Elle porte sur la création de nouveaux paradigmes qui peuvent augmenter les performances de la BCI, alléger l'inconfort de l'utilisation de ces systèmes, et s’adapter aux besoins des utilisateurs. La deuxième voie, considérée comme une solution de bas niveau, porte sur l’amélioration des techniques de traitement du signal et d’apprentissage statistique pour améliorer la qualité du signal EEG, la reconnaissance des formes, ainsi que la tache de classification.D'une part, une nouvelle méthodologie dans le contexte de la robotique d'assistance est définie : il s’agit d’une approche hybride où une interface physique est complémentée par une interface cérébrale pour une interaction homme-machine plus fluide. Ce système hybride utilise les capacités motrices résiduelles des utilisateurs et offre la BCI comme un choix optionnel : l'utilisateur choisit quand utiliser la BCI et peut alterner entre les interfaces cérébrales et musculaire selon le besoin.D'autre part, pour l’amélioration des techniques de traitement du signal et d'apprentissage statistique, ce travail utilise un cadre Riemannien. Un frein majeur dans le domaine de la BCI est la faible résolution spatiale du EEG. Ce problème est dû à l'effet de conductance des os du crâne qui agissent comme un filtre passe-bas non linéaire, en mélangeant les signaux de différentes sources du cerveau et réduisant ainsi le rapport signal-à-bruit. Par conséquent, les méthodes de filtrage spatial ont été développées ou adaptées. La plupart d'entre elles – à savoir la Common Spatial Pattern (CSP), la xDAWN et la Canonical Correlation Analysis (CCA) – sont basées sur des estimations de matrice de covariance. Les matrices de covariance sont essentielles dans la représentation d’information contenue dans le signal EEG et constituent un élément important dans leur classification. Dans la plupart des algorithmes d'apprentissage statistique existants, les matrices de covariance sont traitées comme des éléments de l'espace euclidien. Cependant, étant symétrique et défini positive (SDP), les matrices de covariance sont situées dans un espace courbe qui est identifié comme une variété riemannienne. Utiliser les matrices de covariance comme caractéristique pour la classification des signaux EEG, et les manipuler avec les outils fournis par la géométrie de Riemann, fournit un cadre solide pour la représentation et l'apprentissage du EEG
In the last two decades, interest in Brain-Computer Interfaces (BCI) has tremendously grown, with a number of research laboratories working on the topic. Since the Brain-Computer Interface Project of Vidal in 1973, where BCI was introduced for rehabilitative and assistive purposes, the use of BCI has been extended to more applications such as neurofeedback and entertainment. The credit of this progress should be granted to an improved understanding of electroencephalography (EEG), an improvement in its measurement techniques, and increased computational power.Despite the opportunities and potential of Brain-Computer Interface, the technology has yet to reach maturity and be used out of laboratories. There are several challenges that need to be addresses before BCI systems can be used to their full potential. This work examines in depth some of these challenges, namely the specificity of BCI systems to users physical abilities, the robustness of EEG representation and machine learning, and the adequacy of training data. The aim is to provide a BCI system that can adapt to individual users in terms of their physical abilities/disabilities, and variability in recorded brain signals.To this end, two main avenues are explored: the first, which can be regarded as a high-level adjustment, is a change in BCI paradigms. It is about creating new paradigms that increase their performance, ease the discomfort of using BCI systems, and adapt to the user’s needs. The second avenue, regarded as a low-level solution, is the refinement of signal processing and machine learning techniques to enhance the EEG signal quality, pattern recognition and classification.On the one hand, a new methodology in the context of assistive robotics is defined: it is a hybrid approach where a physical interface is complemented by a Brain-Computer Interface (BCI) for human machine interaction. This hybrid system makes use of users residual motor abilities and offers BCI as an optional choice: the user can choose when to rely on BCI and could alternate between the muscular- and brain-mediated interface at the appropriate time.On the other hand, for the refinement of signal processing and machine learning techniques, this work uses a Riemannian framework. A major limitation in this filed is the EEG poor spatial resolution. This limitation is due to the volume conductance effect, as the skull bones act as a non-linear low pass filter, mixing the brain source signals and thus reducing the signal-to-noise ratio. Consequently, spatial filtering methods have been developed or adapted. Most of them (i.e. Common Spatial Pattern, xDAWN, and Canonical Correlation Analysis) are based on covariance matrix estimations. The covariance matrices are key in the representation of information contained in the EEG signal and constitute an important feature in their classification. In most of the existing machine learning algorithms, covariance matrices are treated as elements of the Euclidean space. However, being Symmetric and Positive-Definite (SPD), covariance matrices lie on a curved space that is identified as a Riemannian manifold. Using covariance matrices as features for classification of EEG signals and handling them with the tools provided by Riemannian geometry provide a robust framework for EEG representation and learning

Le carbone organique volatil peut representer jusqu'a 10 % du carbone organique total des oceans, et constitue de 80 a 90 % du materiel atmospherique. Contrairement au carbone non volatil, la totalite du materiel volatil est chimiquement caracterisable. Il est constitue de composes potentiellement utilisables comme marqueurs des sources et de l'evolution de la matiere organique. Pour preciser l'importance des composes organiques volatils (cv) dans le bilan general du carbone, nous avons etudie, a l'echelle de la mediterranee occidentale, les processus et les flux qui regissent leur transfert aux interfaces de l'ocean. La biomasse planctonique est une source majeure d'apport de cv aux masses d'eau. Nous avons determine de facon qualitative et quantitative la nature des cv emis par des populations phytoplanctoniques specifiques par l'analyse des composes emis dans le milieu de culture de microalgues marines. La comparaison des concentrations en cv dans l'air et dans l'eau de surface mediterraneenne, a permis d'estimer les flux mis en jeu a cette interface. La sursaturation de l'eau de mer par rapport a l'air de surface engendre un flux net de cv toujours oriente dans le sens ocean-atmosphere. L'etude de la composition en cv des eaux du delta du rhone a permis de mettre en evidence plusieurs marqueurs biogeniques : les aldehydes, tirant leur origine du phytoplancton, les alcenes, les cetones et les alkylsulfures provenant de populations bacteriennes. A l'aide des concentrations saisonnieres nous avons pu evaluer la quantite annuelle d'apports telluriques a la mer. Le bilan de cv realise a partir de ces flux, met en relief l'importance des emissions dues a la production primaire. Les apports de cv par les precipitations sont estimes a partir de quelques mesures, mais permettent cependant d'equilibrer le bilan. Ces valeurs remettent en question les teneurs en carbone volatil du depot humide des bilans de la litterature

L'objet de la these consiste en un etude comparee du comportement photoelectrochimique de gaas et inp. Dans une premiere partie on etudie le mecanisme de corrosion des deux materiaux par injection de trous venant depuis le materiau (effet de la lumiere) ou depuis une solution fortement oxydante (dans le noir). Dans une seconde partie on considere l'effet de la presence d'un couple redox sur le transfert de charges (processus de stabilisation) et sur la position des bandes d'energie a l'equilibre (notion de hauteur de barriere). Experimentalement l'etude repose sur des mesures de courant direct (electrode de type p), de rendemant quantique, de deplacement des bandes du semi-conducteur en fonction du flux de trous injectes sur des electrodes de type n et p de differents dopages. L'utilisation de la spectroscopie de photocapacite permet de suivre l'evolution de la distribution des etats avec la solution. En ce qui concerne la corrosion des semiconducteurs iii-v, on propose un mecanisme reactionnel complet dont la cinetique de chacune des etapes a ete determinee. Les resultats montrent principalement (i) qu'il existe une augmentation de la cinetique de corrosion avec le dopage a cause d'une modification du potentiel de surface, (ii) qu'il y a une relation entre le ph de la solution et la cinetique de corrosion a cause de l'evolution de la distribution des etats et de la chimie de surface, et (iii) que la difference entre inp et gaas provient essentiellement de la position energetique des etats. Dans une solution redox les resultats montrent que le processus de stabilisation des photoanodes depend de la nature des especes mises en solution, les meilleurs resultats etant obtenus avec des couples qui modifient la chimie de la surface. Enfin on discute la mise a l'equilibre de l'interface en terme de cinetique interfaciale

L’objet de cette thèse, effectuée en collaboration avec Saint-Gobain dans le cadre d’un financement CIFRE, est l’étude du transfert thermique à l’interface entre les objets microscopiques constituant les matériaux isolants à base de verre. Nous avons développé deux instruments nouveaux, permettant d’investiguer le transfert thermique entre deux objets microscopiques en verre. Le premier instrument est une sonde locale à balayage utilisant une sonde thermosensible (sonde SThM) permettant d’effectuer une mesure très locale de la température d’un échantillon ou éventuellement de le chauffer lorsqu’elle est en contact avec celui-ci. Nous avons utilisé cette sonde de manière détournée, en collant une bille de verre de 20µm de diamètre à son extrémité, en la plaçant au-dessus d’une surface plane de verre, dont la température est différente de celle de la bille, et en étudiant la température au sommet de cette bille à mesure que la distance bille-plan varie. Les « courbes d’approche » ainsi obtenues et un modèle en résistances équivalentes que nous proposons permettent de donner une première estimation de la résistance thermique de contact dans une géométrie bille-plan. Le deuxième instrument est un dispositif nouveau de thermographie infrarouge. Il s’agit d’une méthode sans contact qui permet à la fois de produire des images dans le moyen infrarouge avec une résolution spatiale meilleure que ce que la limite de diffraction ne permet, mais aussi d’effectuer une mesure dynamique du refroidissement d’un système constitué d’une ou de plusieurs fibres de verre micrométriques(s) suite à un échauffement bref et local par absorption d’un laser ultraviolet impulsionnel. La comparaison de ces courbes de refroidissement enregistrées sur une fibre seule ou sur un croisement de fibres permet d’obtenir une information sur la résistance thermique de contact au croisement des deux fibres. Un modèle semi-analytique que nous avons développé permet de reproduire ces tendances sur une fibre seule. Nous avons également développé un modèle perturbatif exploitant le modèle à une fibre qui permet de reproduire l’évolution spatio-temporelle de la chaleur au sein d’un système de deux fibres en contact
The aim of this thesis, in collaboration with Saint-Gobain within the framework of a CIFRE funding, is the study of heat transfer at the interface between microscopic objects from which isolation materials are made. During this thesis we developed two new instruments, allowing to investigate the heat transfer between two microscopic glass objects. The first instrument is a scanning probe microscope using a thermosensitive probe (SThM probe) allowing to make a very local temperature measurement or to produce a local heating of a sample in contact with the probe. We used this probe in an unusual way, by gluing a 20µm diameter glass bead on its thermosensitive end, by placing it above a flat glass surface whose temperature is different from that of the bead, and by studying the temperature at the top of this bead as the distance bead-to-plan varies. The "approach curves" obtained in this way and a model using a thermoelectric analogy that we propose allow to give a first estimation of the thermal resistance of contact in a sphere-plane geometry. The second instrument is a new infrared thermography device. It is a contactless method which allows to produce images in the mid-infrared with a spatial resolution better than the diffraction limit, but also to carry out a dynamic measurement of the cooling of a system made of one or more micrometric glass fibers, after a short and local heating by absorption of a pulsed ultraviolet laser. Comparison of these curves recorded on a single fiber or on two crossing fibers makes it possible to obtain an information on the thermal resistance of contact at the crossing of the two fibers. A semi-analytical model that we developed allows us to reproduce these trends on a single fiber, while a perturbative approach exploiting the one-fiber model allows us to reproduce the spatiotemporal evolution of heat within a system of two fibers in contact

Les diodes électroluminescentes hybrides organiques-inorganiques ou Quantum Dot- Light-Emitting Diodes (QD-LED) sont le parangon de dispositifs qui associeraient les propriétés semi-conductrices des matériaux organiques conjugués, ainsi que leur facilité de mise en oeuvre en couche mince, aux propriétés exceptionnelles (couleur accordable par la taille, bon rendement quantique de photoluminescence) des nanoparticules nanométriques de semi-conducteurs inorganiques, telles que CdSe/ZnS (TOPO). Diverses approches ont été explorées pour optimiser les QD-LEDs ; elles reposent sur la réalisation d'architectures diverses (uni, bi, tri couches) combinant matériaux organiques et QDs (en couche compacte ou dispersés dans une matrice), obtenues par diverses méthodes de dépôt (spin coating, tampon, impression jet d'encre). Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord réalisé une structure originale sous forme de diodes comportant une couche hybride nanocomposite, obtenue en incorporant les QDs dans une matrice diélectrique de PMMA. Le but était de contrôler les flux de porteurs pour maximiser leur recombinaison sur les QDs. Les mesures des caractéristiques électriques, d'électro- et photoluminescence sont discutées, conjointement à des études de la morphologie des dépôts par AFM qui ont montré comment la microstructure dépendait des caractéristiques du, ou des, solvant(s) utilisé(s) pour le spin coating. D'une façon générale, les nanoparticules sont agrégées et la couche apparait inhomogène et rugueuse, ce qui permet des contacts entre les couches de transport. La faible électroluminescence résulterait de transferts d'excitation à partir d'états excités produits par les recombinaisons à ces endroits. Dans une seconde partie, nous avons déposé les QDs par spin coating à partir de solutions dans l'heptane, un solvant qui ne perturbe pas les couches organiques préalablement déposées. Les morphologies observées sont celles d'ilots compacts, avec des taux de couverture allant de 0 à 100%. La diminution, puis la disparition, de l'électroluminescence aux fortes couvertures confirme que l'émission des QDs provient exclusivement de transferts d'excitation à partir d'espèces excitées générées à l'interface organique-organique, en fonction de la nature des matériaux organiques. Les mécanismes d'injection des porteurs à la cathode, dépendant de la nature de celle-ci et de la couche de transport d'électrons, sont variables eux-aussi.

Les sources d’émissions de polluants organiques persistants (POP) dans l’atmosphère sont relativement bien connues. Une fois dans ce compartiment sous formes gazeuse et/ou particulaire, ces composés sont transportés à plus ou moins longue distance puis éliminés en fonction des conditions météorologiques par dépôts secs (aérosols) ou humides (pluie et neige). L’impact des POP est planétaire, tous les milieux de l’environnement sont touchés et les milieux aquatiques de montagne ne sont pas épargnés. Plusieurs études ont rapportées la présence de Polychlorobiphényles (PCB) et d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sur des lacs d’altitude européens où l’atmosphère est l’unique source de pollution. A ce jour, très peu d’études ont été menées en milieux de montagne pour comprendre et identifier les mécanismes de transfert à l’interface entre l’air et l’eau. Ces travaux de thèse sont ainsi focalisés sur les échanges de POP à l’interface air-eau en milieu aquatique de montagne. Dans le but de définir le rôle de l’atmosphère sur ces milieux et de calculer des flux de POP, deux systèmes hydriques distincts ont été étudiés : un lac d’altitude (Lac de la Muzelle, Oisans) et une rivière alpine (Arc, vallée de la Maurienne). Deux familles de POP ont été ciblées pour leurs différentes propriétés physico-chimiques : les HAP et les PCB. Pour l’étude de ces milieux de montagne parfois difficile d’accès, une stratégie d’échantillonnage passive a été choisie. Les systèmes d’échantillonnage employé ont été améliorés, développés au laboratoire ou utilisés tel quel pour échantillonner distinctement toutes les formes de POP dans l’air (gaz, particules, dépôts secs et humides) et dans l’eau (phase dissoute et particulaire). Une comparaison des systèmes d’échantillonneurs atmosphériques passifs a été réalisée pour définir le plus fiable et représentatif. Ces études de transferts air-eau ont été conduites sur le lac d’altitude pendant deux périodes estivales (2014 et 2015) et un suivi de deux ans a été réalisé (2014 à 2016) sur la rivière alpine.Le rôle de l’atmosphère en période estivale a pu être ainsi défini sur le lac d’altitude et des flux d’échanges de polluants à l’interface ont pu être calculés. La rivière alpine étant un système hydrique dynamique plus complexe pour l’étude des transferts air-eau et la quantification de flux, un suivi spatio-temporel de la contamination a tout d’abord été réalisé le long de la rivière et une première approche de calcul de flux de polluants à l’interface a été appliquée
Atmospheric sources of persistent organic pollutants (POPs) are relatively well known. Once in this compartment under both gas and particulate forms, these compounds are carried on more or less long range. Then, pollutants are eliminated by dry (aerosol) or wet (rain, snow) depositions according to meteorological conditions. The global planetary distribution of POPs affects all environments and mountain aquatic environments are not spared. Several studies on European high altitude mountain lakes have reported the presence of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). In these remote areas, the atmospheric compartment is the unique source of pollution. Few studies were conducted in order to understand and identify transfer mechanisms at the air-water interface in mountain. So, this thesis focused on POP exchanges at the air-water interface. In order to characterize atmospheric influence on aquatic compartment and calculate pollutant fluxes, two separate water systems were studied: a high altitude lake (Muzelle lake, Oisans) and an alpine river (Arc, Maurienne valley). Two POP families were targeted for their different physicochemical properties: PAHs and PCBs.In these mountain environments with limited access and energy, passive sampling strategy was chosen. Samplers were improved, developed in the lab or used to distinctly collect all POP forms in the air (gas, particulate, dry and wet depositions) and water (dissolved, particulate). A comparison of different atmospheric passive samplers was conducted to define the most reliable and representative. The air-water transfer studies were realized on the high altitude lake over two summer periods (2014 and 2015) and over a two years monitoring (2014 to 2016) in the alpine river. So, the atmospheric role on the alpine lake in summer was defined and air-water flux exchanges were calculated. As the alpine river is a more complex water system for the air-water transfers study and quantification, in a first time a space-time contamination monitoring was conducted along the river and a first approach was applied to calculate pollutant fluxes at the interface

L'obtention d'un liquide à la fois magnétique et conducteur est possible en dispersant, par voie électrochimique, des nanoparticules d'oxyde de fer dans des métaux liquides à température ambiante (mercure et gallium). Les mécanismes intervenant dans la transformation électrochimique de particules chargées constituées de milliers d'atomes restent cependant mal connus. Dans ce but, nous avons choisi de décrire la réactivité de nanoparticules à l'instar d'espèces ioniques électroactives en traitant d'abord l'approche de la particule chargée vis-à-vis d'une surface chargée et ensuite le transfert électronique entre la particule et l'électrode. Il a fallu dans un premier temps comprendre les mécanismes de charge et décharge des particules en fonction des conditions expérimentales de pH, de force ionique et de fraction volumique. Cela a été possible en couplant aux méthodes de titrations chimiques, les méthodes électrocinétiques et en utilisant les outils théoriques adaptés. Ensuite, l'association de la microscopie à champ proche, des techniques optiques (réflectométrie) et des mesures électrochimiques, réalisées sur des substrats métalliques solides de très faible rugosité, nous a permis d'interpréter les résultats obtenus sur électrode liquides (mercure) et d'envisager l'adsorption contrôlée des particules. Enfin, l'étude détaillée des transformations électrochimiques montre que sous certaines conditions, les particules gardent leurs propriétés de taille et de forme après avoir subi la réaction électrochimique justifiant leur utilisation dans la préparation d'un liquide magnétique conducteur.

Les modèles prédictifs de la contamination des aliments par les substances des emballages ont été proposés pour démontrer la conformité des matériaux au contact des aliments en Europe et aux Etats-Unis, ainsi que pour caractériser l’exposition du consommateur à ces mêmes substances. Ces travaux proposent de tester la consistance des conditions limites entre l’emballage et l’aliment utilisées dans ces modèles ainsi que de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent les propriétés de transport utilisées : coefficient de diffusion, D, et coefficient de partage,. Des données de référence ont été obtenues essentiellement pour le polyéthylène basse densité en contact avec un simulant liquide faiblement agité de polarité intermédiaire : éthanol ou méthanol. Quatre séries homologues de molécules ont été étudiées comprenant : i) des molécules ressemblant aux chaînes du polymère et de polarité variable (alcanes et alcanols linéaires), ii) des antioxydants phénoliques branchés et iii) des marqueurs fluorescents. L’approximation de la couche limite ou de film stagnant a été testée à la fois à partir de cinétiques de désorption macroscopiques et à partir d’observations en microscopie confocale à balayage laser. A partir de la méthodologie décrite dans Vitrac et Hayert (2006), des valeurs du coefficient de transfert de masse, h, ont en particulier pu être identifiées indépendamment de D. L’analyse des lois d’échelle de D et h en fonction de la masse moléculaire, M, a toutefois montré des dépendances similaires des deux propriétés, avec M du type avec. La loi d’échelle associée identifiée pour h suggère l’existence d’une résistance au transfert à l’extrême surface du côté du matériau indépendante de l’épaisseur du matériau. L’existence d’une couche limite matière du côté liquide a par ailleurs été confirmée en microscopie confocale. La réversibilité et linéarité des isothermes de sorption/désorption dans le matériau plastique et le simulant ont été vérifiées uniquement pour des matériaux formulés après mise en forme. Pour les matériaux formulés avant mise en forme (cas des matériaux commerciaux) des déviations significatives ont été identifiées : piégeage des diffusants dans la matrice polymère et possible adsorption à fortes concentrations dans le liquide. La prise en compte rigoureuse de la contribution entropique dans l’approche Flory-Huggins a permis de proposer un premier modèle prédictif de à partir des seuls coefficients de solubilité tabulés par Van Krevelen (1991). Cette approche a été testée de manière satisfaisante pour deux polymères, deux simulants et une série de diffusants. Parce qu’elle ne requiert pas d’identification préalable, elle est plus performante et plus robuste que les méthodes alternatives de contribution de groupe (Baner et Piringer, 1991 ; Tehrany et Desobry, 2005). Finalement, la faisabilité d’une modification chimique de l’extrême surface à l’échelle moléculaire par traitement plasma a été analysée. Pour une augmentation de 50% de la teneur en oxygène atomique sur une épaisseur de 10 nm, une réduction de l’angle de contact eau-polyéthylène-air de 50% a été mesurée mais n’a pas été associée à une modification significative des cinétiques de désorption des alcanes dans l’éthanol
The use of predictive models of the contamination of food by substances originating from packaging materials is encouraged to demonstrate the compliance of food contact materials in Europe and in the United States, as well as to assess the exposure of the consumer to these substances. This work aims to test the consistency of the boundary conditions between the packaging material and food used in predictive models and to improve our understanding of molecular mechanisms, which control the involved mass transport properties: diffusion coefficient, D, partition coefficient,. Reference data were obtained mainly for low density polyethylene in contact with a slightly agitated liquid food simulant of intermediate polarity: ethanol or methanol. Four series homologous with molecules were studied including: i) molecules resembling chains of polymer and with variable polarity (linear alkanes and alcohols), ii) of hindered phenolic antioxidants and iii) of the fluorescent dyes. The boundary layer approximation, also known as stagnant film approximation, was tested from macroscopic desorption kinetics and starting observations in laser scanning confocal microscopy. On the basis of the methodology described in Vitrac and Hayert (2006), values of the mass transfer coefficient at the interface, h, were in particular identified independently of D values. The analysis of the scaling laws of D and h according to the molecular mass, M, however showed similar dependences of the two properties, with M in the form with. The scaling law associated to h suggests the existence of a mass transfer resistance located at the extreme surface on the polymer side and that is independent of its thickness. The existence of a boundary layer matter on the liquid side was in addition confirmed in confocal microscopy. The reversibility and linearity of the sorption/desorption isotherms in plastic material and in the simulant were verified only for materials formulated after processing. For materials formulated before processing (case of commercial materials), significant deviations were identified: trapping of diffusants and possible adsorption at high concentrations. Rigorously taking into account the entropic contribution in the Flory-Huggins approach made it possible to propose a first predictive model of starting from the only solubility coefficients tabulated by Van Krevelen (1991). This approach was satisfactorily tested for two polymers, two simulating and forty diffusing. Because it does not require any preliminary identification, it is more reliable and robust than alternative group contribution methods (Baner et al. , 1991 ; Tehrany and Desobry, 2005). Finally, the feasibility of a chemical modification of the extreme surface at molecular scale by plasma treatment was analyzed. For an increase of 50% of the atomic oxygen content on a thickness of 10 nm, a reduction of the contact angle water-polyethylene-air of 50% was measured but was not associated to a significant modification of desorption kinetics of alkanes in ethanol

Une procédure automatique d'acquisition et d'analyse locale des images d'un phénomène thermique a été réalisée par thermographie infrarouge numérique et dynamique grâce à une chaine d'acquisition, traitement et analyse d'images dotéee d'un logiciel d'acquisition séquentielledes données. Les études peuvent être effectuées par la représentation individuelle ou parallèle des évolutions thermiques qui permet de déceler, localiser et mesurer les différents gradients de température en fonction du temps. Trois types d'informations sont accessibles : ponctuelle, bidimensionnelle, tridimensionnelle. Ce procédé a été appliqué à l'étude de deux phénomènes : le syndrome de Raynaud ; le transfert de chaleur laminaire autour d'une surface sinusoi͏̈daleen rotation.

Dans le cadre industriel du traitement d'effluent gazeux, notamment H2S, l'optimisation des unités de type Clauspol passe par le remplacement du garnissage vrac en garnissage structuré. Ce dernier est d'emploi récent, et il est nécessaire d'acquérir une meilleure connaissance de l'hydrodynamique et du transfert de matière sur de telles structures, complexes du fait de leurs géométries. Le transfert de matière gaz-liquide est étudié pour des écoulements en films minces ruisselant sur des surfaces inclinées lisse et corruguée. Les conductances de transfert locales en phases gaz et liquide, kG et kL, ainsi que la surface d'échange effective, a, sont estimées à partir d'expériences d'absorption réactive de CO2 dans des solutions de soude. La dépendance des paramètres caractéristiques du transfert est explorée en fonction des propriétés géométriques des surfaces de ruissellement et des propriétés hydrodynamiques locales caractérisées par le débit et l'épaisseur des films liquides. L'épaisseur déterminée expérimentalement par méthode ultrason ou par analyse de distribution des temps de séjour est faible, inférieure à 1. 10-3m en film lisse pour une inclinaison de 30ʿ. Sur plan corrugué, tout en travaillant pour des angles plus fort, 70ʿ, l'épaisseur du film est plus forte, induisant une diminution de la vitesse d'écoulement du liquide. Ainsi, l'augmentation globale du produit kLa observée en passant d'un écoulement sur plan lisse à corrugué, est essentiellement liée aux effets des corrugations sur la surface d'échange. En revanche, la conductance de transfert kL est peu perturbée dans la gamme des nombres de Reynolds étudiée. Elle est aussi peu sensible à la géométrie du film
Within the industrial framework of the gas waste processing, in particular H2S, the optimization of the Clauspol type units requires the substitution of random packing by structured packing. Structured packing are of recent use, and it is necessary to acquire a better knowledge of the hydrodynamics and mass transfer on such structures, which are complex because of their geometries. Gas-liquid mass transfer is studied for thin films trickling down a tilted plane surface or corrugated one. Local gas side and liquid side mass transfer coefficient, kG and kL, as well as the specific interfacial area, a, are estimated by means of experiments of reactive absorption of CO2 in a sodium hydroxide solution. The dependence of these mass transfer characteristic parameters is explored versus the geometrical properties of the streaming surfaces and the local hydrodynamic properties characterized by the flow rate and liquid film thickness. The mean film thickness is measured using an ultrasonic probe method and by the analysis of Residence Time Distribution. It is small, thinner than 1. 10-3m for a liquid film trickling over plane surface inclined at 30ʿ. On a corrugated surface, while working for angles stronger, up to 70ʿ, the thickness is larger inducing a reduction of the liquid flow velocity. Thus, the total increase in the kLa product observed while passing from a flow on a plane surface to a flow on a corrugated one, is primarily related to the effects of the corrugated geometry on the specific interfacial area. Moreover, the liquid side mass transfer coefficient kL is not very disturbed in the studied range of Reynolds numbers. It is also not very sensitive to the film geometry

Au cours de la production de fluor, le transfert electronique a l'interface carbone/kf-2hf s'effectue par effet tunnel a travers une couche de fluorures de graphite caracterisee par une resistivite tres elevee

La dynamique du geste reste peu exploitée dans le domaine de l’interaction hommemachinealors qu’elle permet de définir des critères simples d’analyse de l’intention desutilisateurs. Sa principale utilisation porte sur les fonctions de transfert des périphériquesisotoniques. Ces fonctions permettent d’établir une relation entre le geste de l’utilisateureffectué dans l’espace moteur avec le périphérique de pointage (i.e. souris) et le mouvementdu pointeur dans l’espace visuel. Les fonctions de transfert utilisées par les systèmesd’exploitation modernes restent cependant fortement méconnues même si des études ontmontré qu’elles ont un impact sur les performances des utilisateurs. Pour caractériser cesfonctions, nous avons développé un périphérique électronique qui simule une souris réelleet qui permet d’obtenir les fonctions de transfert de tout système. Nous avons ainsi puobtenir les fonctions des systèmes Windows, Linux et Mac et nous avons observé des différencesnotables entre ces fonctions. Nous avons ensuite cherché à optimiser ces fonctionsen réduisant au maximum le nombre de leurs degrés de liberté. En faisant varier de manièreexhaustive ces paramètres, nous avons ainsi pu observé des différences significativesqui montrent qu’il existe une famille de fonctions pour lesquelles les performances sontoptimales. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de la dynamique du gestedans un autre contexte, celui de la génération d’événements discrets, pertinent dans lecadre des interfaces sans contact de type Kinect. Nous avons ainsi montré qu’il est possiblede distinguer la sélection du déplacement dans une tâche d’interaction 3D. La techniquedéveloppée est ensuite améliorée dans le cas des cibles de petites tailles et son applicationdans un contexte d’interaction 2D est évaluée
The dynamic of the gesture is not used a lot in the domain of human-computer interaction,while it can help to define some simple heuristics to analyze the intents of users.Its first use is related to transfer functions for isotonic devices. Those functions establisha relationship between the gesture of the user, executed in motor space with the pointingdevice (i.e. a mouse), and the movement of the pointer in the visual space. The transferfunctions used by modern operating systems are still not well known, even if somestudies have shown they have an impact on user’s performance. To characterize thosefunctions, we have developed an electronic device which simulates a real mouse, and thatcan retrieve the transfer functions of any system. We have then exposed the functions ofthe Windows, Linux and Mac systems, and we observed some visible differences betweenthose functions. We have then tried to optimize those functions by reducing their numberof degrees of freedom. By varying those parameters in an exhaustive way, we have thenobserved some significant differences that show there is a family of functions for whichperformances are optimal. Finally, we were interested in the use of the dynamic of thegesture in another context : the generation of discrete events, useful when dealing withcontact-less interfaces, like the Kinect. We have shown that it is possible to distinguishbetween picking and drag’n’drop in a 3D interaction task. The technique is then improvedin the case of small size targets, and its application in a 2D interaction context isevaluated

La dispersion de nanoparticules de fer dans des métaux liquides à température ambiante (mercure et gallium) permet d'obtenir un liquide à la fois magnétique et conducteur. Ceci est réalisé par réduction électrochimique de suspensions colloïdales de nanoparticules d'oxyde de fer sur une électrode liquide. Les mécanismes intervenant dans la transformation électrochimique de particules chargées constituées de milliers d'atomes sont mal connus. Nous avons choisi ici de décrire la réactivité de nanoparticules à l'instar d'espèces ioniques électroactives en traitant d'abord l'approche de la particule chargée vis-à-vis d'une surface chargée et ensuite le transfert électronique entre la particule et l'électrode. Il a fallu dans un premier temps comprendre les mécanismes de charge et décharge des particules en fonction des conditions expérimentales de pH, de force ionique et de fraction volumique. Cela a été possible en couplant aux méthodes de titrations chimiques, les méthodes électrocinétiques et en utilisant les outils théoriques adaptés. Ensuite, l'association de la microscopie à champ proche, des techniques optiques (réflectométrie) et des mesures électrochimiques, réalisées sur des substrats métalliques solides de très faible rugosité, nous a permis d'interpréter les résultats obtenus sur électrode liquides (mercure) et d'envisager l'adsorption contrôlée des particules. Enfin, l'étude détaillée des transformations électrochimiques montre que sous certaines conditions, les particules gardent leurs propriétés de taille et de forme après avoir subi la réaction électrochimique justifiant leur utilisation dans la préparation d'un liquide magnétique conducteur.

L’intuitivité d'interfaces complexes est étudiée ici par le biais d'un protocole d'induction des schémas, en vertu de son interaction avec les facteurs de connaissance préalable. Le protocole d'induction est adapté au diagnostic d'interfaces multi-états et multi-attributs grâce au principe d'orientation des niveaux d'encodage. Nous obtenons deux patterns empiriques dominants dans la littérature de référence : un effet d'induction des schémas et un effet de transfert des connaissances préalables. L'induction des schémas reflète les états non intuitifs, les tâches non familières, mais également les états inaccessibles pour les utilisateurs rationnels, et les états accessibles pour les utilisateurs expérientiels. Le transfert caractérise quant à lui les états intuitifs et les tâches familières. Des patterns d'analyse inopérante et d'induction négative sont également rapportés, qui pointent des défauts liés à l'innovation et l'organisation des fonctionnalités interfacées. Le diagnostic de ces patterns permet, une fois intégré à un cadre de conception d'interfaces intuitives, d'orienter la révision d'une interface
The intuitive use of complex interfaces is apprehended by a schema induction protocol, due to its interaction with prior knowledge. The protocol is specified to account for multi-states interfaces and for their decomposition into separate informational attributes. We obtain two dominant empirical patterns that are schema induction, accounting for non intuitive states, non familiar tasks, as well as for accessible states for experiential users, and inaccessible states for rational ones, and transfer, accounting for familiar tasks and intuitive states. Patterns of inoperant analysis and negative induction effect are also obtained that justify the diagnosing approach and its relevance in current frameworks for the design of intuitive interfaces

Ce projet de recherche porte sur deux problématiques différentes, cependant, elles partagent les mêmes phénomènes physiques. Il s’agit de la prédiction inverse de l’évolution temporelle du front de solidification : (1) dans les réacteurs métallurgiques à haute température et (2) dans les tissus vivants pendant la cryochirurgie. Problématique #1 : Afin de réduire l’érosion et l’agression chimique des parois internes de briques réfractaires par la matière en fusion au sein des réacteurs métallurgiques, on laisse croître par changement de phase solide/liquide une couche protectrice sur leur surface interne. Cette couche joue un rôle extrêmement important, car elle assure l’intégrité de l’installation et prolonge sa durée de vie. Toutefois, une couche protectrice trop épaisse réduit le volume utile de réacteur et diminue ainsi la production industrielle. Le défi, pour l’industriel, consiste alors à exploiter ces réacteurs tout en maintenant une couche dont l’épaisseur est optimale. L’environnement hostile qui règne au cœur du réacteur interdit toutefois les mesures directes. Les sondes qu’on y plonge sont détruites. Pour remédier à ce problème, l’industriel recourt à la simulation numérique et, plus récemment, à une approche par transfert inverse. Cette thèse présente une procédure inverse de transfert de chaleur qui permet, à partir des mesures de température non invasives provenant d’un thermocouple situé dans les parois extérieures de briques, de prédire simultanément les paramètres thermiques inconnus ainsi que l’épaisseur de la couche protectrice au sein des réacteurs métallurgiques. La technique inverse repose sur la méthode de Levenberg-Marquardt (LMM) combinée avec la méthode de Broyden (BM). La Problématique #2 aborde quant à elle la cryochirurgie. C’est une technique récente, peu invasive, qui utilise le froid extrême pour détruire les tissus indésirables tels que les tumeurs. Elle s’adresse donc à des tumeurs internes et externes. L’objectif de la cryochirurgie est de détruire les tumeurs tout en minimisant les dommages des tissus sains adjacents. La fiabilité de cette technique dépend d'un certain nombre de paramètres thermiques tels que la température de la cryosonde, les propriétés thermiques des tissus, la durée de congélation, etc. Pour y parvenir, des méthodes expérimentales et numériques ont été développées. Cependant, chaque méthode a ses propres limites. En effet, le problème majeur est associé à la méconnaissance de certains paramètres thermiques, ce qui rend l’analyse de la transmission dans les tissus biologiques difficile. Pour pallier ces limites et améliorer la technique de cryochirurgie, une approche novatrice est retenue : il s’agit du transfert de chaleur inverse. À partir de mesures thermiques de températures provenant d’un thermocouple implanté dans la tumeur, cette approche permet de prédire les paramètres inconnus tels que la perfusion sanguine et, ensuite, de déterminer l’évolution temporelle de l’interface de congélation et la distribution de la température dans le tissu.

La radiobiologie est une science multidisciplinaire qui s'intéresse à l'effet des radiations sur les êtres vivants. Les recherches entreprises dans cette discipline ont permis de montrer que la matière vivante est très radiosensible, et que les conséquences de l'irradiation au niveau de la cellule peuvent être multiples: mutations, mort cellulaire, vieillissement et carcinogenèse. Il est aussi connu que l'effet indirect des diverses espèces réactives créées par la radiolyse de l'eau (tels que les radicaux ·OH) contribue de façon importante aux lésions de l'ADN et d'autres constituants clés de la cellule comme les mitochondries et les membranes. Les êtres vivants étant constitués d'une quantité importante d'eau (70% en poids), il est crucial de bien comprendre les phénomènes impliqués dans la radiolyse de l'eau. Notre équipe de recherche a développé et raffiné durant les 15 dernières années plusieurs codes qui simulent les trois étapes de la radiolyse de l'eau et des solutions aqueuses: l'étape physique, l'étape physico-chimique et l'étape de chimie hétérogène. [Résumé abrégé par UMI]

Un nouveau procédé électromagnétique est mis en œuvre afin d'améliorer les transferts de masse entre un métal liquide et un laitier placé en couverture. Le principe du procédé consiste à fondre et brasser le métal dans un four à induction à creuset froid alimenté par un courant alternatif bifréquence. Ce courant inducteur est constitué d'une moyenne fréquence pour chauffer et assurer un brassage électromagnétique au sein du métal ainsi que d'une basse fréquence de modulation destinée à agiter l'interface métal - laitier. Un tel courant inducteur est obtenu en modulant la consigne d'entrée d'un générateur à induction standard à l'aide d'un signal sinusoïdal délivré par un générateur de fonctions. Une étude du comportement hydrodynamique de la surface libre de gallium dans un tel système d'induction bifréquence a montré qu'il est possible d'exciter des modes de surface axisymétriques (0,n) lorsque la fréquence de modulation du courant inducteur correspond à la fréquence propre d'un des modes de surface. Les amplitudes maximales et la fréquence des déformations de la surface libre ont été mesurées en fonction des paramètres de consigne d'entrée imposés au générateur. Il ressort une assez bonne corrélation entre les caractéristiques expérimentales des déformations et les valeurs issues d'un modèle analytique. Un système de détection de résonance, sans contact avec la surface libre, a été mise en place afin de détecter les déformations de la surface libre engendrées par l'excitation des modes de surface. L'aptitude du procédé à améliorer la cinétique du transfert de zirconium d'un sel fluoré vers un métal liquide contenant l'aluminium comme métal réducteur a été étudiée. Des expériences de transferts ont été réalisées sans et avec modulation du courant inducteur. Elles montrent que pour une valeur d'intensité du courant donnée, le transfert peut être accéléré sous l'effet de l'agitation interfaciale engendrée par la modulation du courant inducteur.