In this Ph.D. thesis, we have carried out numerical simulations to study nanosecond repetitively pulsed discharges (NRPD) in a point-to-point geometry at atmospheric pressure in air and in H2-air mixtures. Experimentally, three discharge regimes have been observed for NRPD in air at atmospheric pressure for the temperature range Tg = 300 to 1000 K: corona, glow and spark. To study these regimes, first, we have considered a discharge occurring during one of the nanosecond voltage pulses. We have shown that a key parameter for the transition between the discharge regimes is the ratio between the connection-time of positive and negative discharges initiated at point electrodes and the pulse duration. In a second step, we have studied the dynamics of charged species during the interpulse at Tg = 300 and 1000 K and we have shown that the discharge characteristics during a given voltage pulse remain rather close whatever the preionization level (in the range 109-1011 cm��3) left by previous discharges. Then, we have simulated several consecutive nanosecond voltage pulses at Tg = 1000 K at a repetition frequency of 10 kHz. We have shown that in a few voltage pulses, the discharge reaches a stable quasi-periodic glow regime observed in the experiments. We have studied the nanosecond spark discharge regime. We have shown that the fraction of the discharge energy going to fast heating is in the range 20%- 30%. Due to this fast heating, we have observed the propagation of a cylindrical shockwave followed by the formation of a hot channel in the path of the discharge that expands radially on short timescales (t < 1 _s), as observed in experiments. Then we have taken into account an external circuit model to limit the current and then, we have simulated several consecutive pulses to study the transition from multipulse nanosecond glow to spark discharges. Finally the results of this Ph.D. have been used to find conditions to obtain a stable glow regime in air at 300 K and atmospheric pressure. Second we have studied on short time-scales (t_ 100_s) the ignition by a nanosecond spark discharge of a lean H2-air mixture at 1000 K and atmospheric pressure with an equivalence ratio of _ = 0:3. We have compared the relative importance for ignition of the fast-heating of the discharge and of the production of atomic oxygen. We have shown that the ignition with atomic oxygen seems to be slightly more efficient and has a completely different dynamics.

La conception d'architectures de systèmes est une tâche complexe qui implique des enjeux majeurs. Au cours de cette activité, les concepteurs du système doivent créer des alternatives de conception et doivent les comparer entre elles afin de sélectionner l'architecture la plus appropriée suivant un ensemble de critères. Dans le but d'étudier différentes alternatives, les concepteurs doivent généralement limiter leur étude comparative à une petite partie de l'espace de conception qui peut être composé d'un nombre immense de solutions. Traditionnellement, le processus de conception d'architecture est principalement dirigé par le jugement et l'expérience des concepteurs, et les alternatives sélectionnées sont des versions adaptées de solutions connues. Le risque est donc de sélectionner une solution pertinente mais sous-optimale. Pour gagner en confiance sur l'optimalité de la solution retenue, la couverture de l'espace de conception doit être augmentée. L'utilisation de méthodes de synthèse calculatoire d'architecture a prouvé qu'elle était un moyen efficace pour supporter les concepteurs dans la conception d'artefacts d'ingénierie (structures, circuits électriques...). Pour assister les concepteurs de systèmes durant le processus de conception d'architecture, une méthode calculatoire pour les systèmes complexes est définie. Cette méthode emploie une approche évolutionnaire (algorithmes génétiques) pour guider le processus d'exploration de l'espace de conception vers les zones optimales. La population initiale de l'algorithme génétique est créée grâce à une technique de synthèse calculatoire d'architecture qui permet de créer différentes architectures physiques et tables d'allocations pour une architecture fonctionnelle donnée. La méthode permet d'obtenir les solutions optimales du problème de conception posé. Ces solutions peuvent être ensuite utilisées par les concepteurs pour des études comparatives plus détaillées ou pour des négociations avec les fournisseurs de systèmes.

The present work explores the possibilities of adapting poro-elastic lightweight acoustic materials to specific applications. More explicitly, a design approach is presented where finite element based numerical simulations are combined with optimization techniques to improve the dynamic and acoustic properties of lightweight multilayered panels containing poro-elastic acoustic materials.The numerical models are based on Biot theory which uses equivalent fluid/solid models with macroscopic space averaged material properties to describe the physical behaviour of poro-elastic materials. To systematically identify and compare specific beneficial or unfavourable material properties, the numerical model is connected to a gradient based optimizer. As the macroscopic material parameters used in Biot theory are interrelated, they are not suitable to be used as independent design variables. Instead scaling laws are applied to connect macroscopic material properties to the underlying microscopic geometrical properties that may be altered independently.The design approach is also combined with a structural sandwich panel mass optimization, to examine possible ways to handle the, sometimes contradicting, structural and acoustic demands. By carefully balancing structural and acoustic components, synergetic rather than contradictive effects could be achieved, resulting in multifunctional panels; hopefully making additional acoustic treatment, which may otherwise undo major parts of the weight reduction, redundant.The results indicate a significant potential to improve the dynamic and acoustic properties of multilayered panels with a minimum of added weight and volume. The developed modelling techniques could also be implemented in future computer based design tools for lightweight vehicle panels. This would possibly enable efficient mass reduction while limiting or, perhaps, totally avoiding the negative impact on sound and vibration properties that is, otherwise, a common side effect of reducing weight, thus helping to achieve lighter and more energy efficient vehicles in the future.

The demand for new services and applications in communication systems, as well as the number of users, are steadily increasing. This growth invoves a great use of energy in information and communications technologies , which contributes significantly to global warming. Furthermore, to satisfy the energy requirements for both wired and wireless networks, new approaches must be developed..Firstly, our researches focus on resources allocation mechanisms in point-to-point systems for two transmission modes (single-carrier and multi-carrier) with the goal of minimizing the energy cosumption. In this part, we present a new approach called ultra wide time (UWT) and a new metric for communication systems. Based on this approach, efficient algorithms for resource allocation are proposed to improve energy efficiency in wireless and wired networks.

Dans la fabrication de lentilles asphériques pour la photolithographie, l'étape delissage est critique. C'est aujourd'hui le seul procédé qui peut corriger les défauts de hautesfréquences spatiales responsables de diffusions parasites, de diminutions de transmittance etde contraste. Cette opération doit préserver la forme asphérique basse fréquence tout enlissant les défauts de hautes fréquences. Un tel comportement peut être obtenu pour des outilscombinant une couche continue flexible pour le suivi basse fréquence et une couche de poixfractionnée pour le lissage de défauts hautes fréquences. Les buts principaux de cette étudesont de prédire l'efficacité de lissage et le suivi de forme de différents outils et ensuite dedéterminer l'outil permettant le meilleur compromis. A cette fin, un modèle multi-échelles estdéveloppé. A l'échelle de l'outil entier, une étude paramétrique par éléments finis permet dedéterminer les caractéristiques de la couche flexible ainsi que la force appliquée optimale afind'obtenir l'homogénéité de la pression à l'échelle de la forme asphérique globale. A l'échelle dela couche de poix, la Méthode par Eléments Discrets est utilisée pour investiguer l'interfaceoutil-pièce. Un modèle basé sur le concept de la poutre cohésive viscoélastique est développé,prenant en compte la réponse fréquentielle de la couche de poix. La comparaison avecl'Analyse Mécanique Dynamique montre la capacité de la DEM à modéliser le comportementviscoélastique. L'opération de lissage est ensuite modélisée par DEM et analytiquement. Lesdonnées expérimentales obtenues par la méthode de la Densité Spectrale de Puissancemettent en évidence l'impact des propriétés de la poix sur l'efficacité de lissage. Lacomparaison entre les résultats numériques et expérimentaux montre que le modèle DEMdonne des résultats prometteurs pour la modélisation du lissage de défauts.

Le diamant dopé bore (BDD) est un matériau extrêmement prometteur pour applications biomédicales par son unique combinaison de propriétés. Cette thèse a visé le développement de nouvelles structures de micro-électrodes en BDD et l'étude de leur intérêt et leurs performances pour des applications électroanalytiques et électrophysiologiques. En dépit de leurs propriétés électroanalytiques très supérieures à d'autres matériaux d'électrodes plus conventionnels, les électrodes BDD sont sujettes au "fouling", i.e. l'apparition d'un film à la surface du diamant qui réduit la réactivité électrochimique. Ceci est très compromettant dans des milieux complexes comme l'urine, les eaux stagnantes, des boissons, le plasma sanguin etc. Ici, un nouveau traitement d'activation a été développé pour nettoyer la surface des électrodes et recouvrir leur réactivité initiale, donc il permet leur usage pour de longues périodes d'enregistrement sans dégradation du signal. Ceci permet l'usage de ce type d'électrodes, pour des domaines d'applications, pour le suivi continu d'analytes, sans entretien spécifique, en solutions complexes. La grande originalité de ces techniques d'activation est qu'elle peut être menée directement dans l'analyte lui-même. En comparaison avec leurs équivalents en macro-électrodes, les microélectrodes permettent d'obtenir de plus grandes sensibilités, des courants résiduels moindre, des pertes ohmiques moindres, et donc des rapports signal à bruit meilleurs. Un procédé robuste et fiable a été optimisé pour la fabrication de réseaux de microélectrodes (MEA MicroElectrode Arrays) et d'ultra micro-électrodes, permettant par lithographie sur 4 pouces d'offrir une large flexibilité de fabrication. Par exemple, parmi d'autres prototypes, des microélectrodes BDD ont été utilisées pour applications de biocapteurs pour quantifier l'acide urique en temps quasi-réel. Bien que le diamant possède une très bonne biocompatibilité et des propriétés électrochimiques excellentes, la faible relative capacité de double couche limite leur application pour des applications électrophysiologiques. Des procédés de nanostructuration ont ainsi été mis au point pour accroitre les limites d'injection de charge. Parmi les approches, des procédés hybrides à base de polypyrrole se sont révélés prometteurs, de même que des procédés de gravure pour former de la "nano-herbe" diamant, très intéressantes pour la fabrication de MEAs en BDD. Ces matériaux à fort rapport d'aspect apparaissent comme d'excellents candidats pour applications d'interfaces neuronales et notamment pour la fabrication d'implants rétiniens.STAR

Le traitement de carbonitruration est aujourd'hui un procédé très répandu pour augmenter la résistance mécanique des pièces en acier. Ce type de solution a fait ses preuves dans le cadre de pièces massives, mais l'oxydation interne des couches enrichies reste une limitation conséquente du traitement à pression atmosphérique.C'est dans cette optique scientifique que s'inscrit une partie de cette étude visant le développement d'un traitement de carbonitruration à basse pression, en vue d'une application industrielle. Les nombreuses investigations expérimentales réalisées sur la nuance 16MnCr5 ont permis le développement et la mise au point de deux cycles répondant à deux critères de profondeur de traitement : 0.25 -- 0.4 mm et 0.7 -- 1.2 mm. Les observations métallurgiques ne révèlent aucune forme de précipitation, ce qui n'est pas le cas lorsque que le traitement est appliqué à une nuance métallurgique plus fortement alliée (Fe - 0.18 %C - 3.12 % Cr - 0.7 %V -0.45 %W).D'un point de vue simulation, les outils de calculs thermodynamiques confirment et clarifient les phénomènes de précipitations observés. L'acier plus fortement allié (qui contient initialement des carbures de vanadium de type MC) présente des carbures de types M23C6 et M7C3 ainsi que des carbonitrures de types M (C, N). En complément à la détermination des phases en présence et de leur composition, une modélisation de la diffusion du carbone et de l'azote est proposée. Le modèle utilise des conditions aux limites déterminées expérimentalement, des coefficients de diffusion du carbone et de l'azote interdépendants issus de la littérature. La cinétique de refroidissement au cours de la trempe est déterminée pour alimenter le modèle de calcul de transformation de phases et simuler le profil de dureté. Le couplage des modèles développés donne des résultats très proches des profils de carbone, azote et duretés mesurés expérimentalement.Une autre partie du travail propose l'intégration du traitement de carbonitruration à basse pression au procédé de mise en œuvre MIM (Moulage par Injection de poudres Métalliques) permettant la réalisation des composants de formes complexes. Les pièces " MIM " obtenues par l'exploitation du feedstock commercial PolyMIM 16MnCr5 intégrant un système de liant soluble à l'eau présentent 10 % de porosité. Les résultats métallurgiques observés sur les pièces MIM carbonitrurées consécutivement au palier de frittage sont identiques à ceux observés sur des pièces massives. La comparaison des profils de diffusion en carbone et azote entre les pièces à 10 et20 % de porosité (obtenu par diminution de la durée du pallier de frittage) montre cependant que le taux de porosité influence la profondeur de traitement.

Pour étudier les déformations permanentes des enrobés bitumineux, la division SMIT du LCPC a mis au point un essai triaxial thermorégulé à pression de confinement constante. Un important travail de mise au point de l'essai et de vérification des mesures a été réalisé. Une première campagne expérimentale, portant sur des essais de fluage à contrainte imposée, a permis d'étudier l'influence des paramètres pression de confinement, déviateur de contraintes et température sur le comportement des enrobés bitumineux sous chargement statique. Ces essais ont, de plus, permis de valider le principe d'équivalence temps température en grandes déformations, avec confinement. Un modèle élasto-viscoplastique, permettant de prendre en compte l'application d'une pression de confinement, a été développé pour simuler les essais de fluage. Son principe est basé sur les observations expérimentales. Les applications visées sont l'étude de structures bitumineuses telles que les plates-formes industrielles ou aires de stationnement. Une deuxième campagne d'essais de compression cyclique sinusoïdale a ensuite été menée. Lors de ces essais, on mesure : les déformations cycliques, de l'ordre de 10−4 m/m, qui nous permettent d'obtenir des informations sur l'évolution de la rigidité du matériau (module complexe et coefficient de Poisson) et les déformations permanentes, de l'ordre de 10−2 m/m, qui donnent des informations sur la résistance à l'orniérage. L'influence des paramètres pression de confinement, température et fréquence a été étudiée. Des différences importantes de comportement ont été mises en évidence entre les essais statiques et cycliques, liées à la variation cyclique des contraintes.

La dégradation photocatalytique de deux amines, la méthylamine (MA) et la diméthylamine (DMA), a été étudiée en présence de TiO2 Degussa P25. Différents paramètres ont été étudiés: l'adsorption à l'obscurité et sous UV, la photolyse, les cinétiques de dégradation, l'effet du pH, l'effet de la nature et de l'intensité du flux photonique ainsi que les voies de dégradation de la MA et DMA.A l'obscurité, le taux de recouvrement des groupes OH est similaire pour la MA et DMA. Sous UV, ce taux devient deux fois plus élevé pour la MA. Les réactivités de MA et DMA sont directement corrélées à leur adsorption sous UV. Les atomes d'azote sont principalement décomposés en ammonium. Le nitrite a été également détecté, mais rapidement oxydé en nitrate. À pH basique, l'hydrolyse photo‐assisté et l'attaque de OH* sur l'atome N augmente. DMA est essentiellement transformé en MA. Les analyses du Carbone Organique Total (COT) montrent la présence de produits finaux contenant de l'azote difficilement minéralisables. Nous avons montré que, quelle que soit l'énergie des photons (UV‐A ou UV‐B), le rendement quantique reste constant et égal à 0,033.L'inactivation photocatalytique de E. coli en présence de la lumière solaire naturelle en absence (SODIS) et en présence de différents catalyseurs a été étudiée. L'effet de la température sur l'inactivation de E. coli a été aussi étudié. Les résultats ont montré que l'addition des différents types de catalyseurs accélère l'effet bactéricide du rayonnement solaire. Aucun phénomène de reviviscence bactérien n'a été observé après l'arrêt de l'exposition solaire durant au moins 72 heures. Seulement les ions ammonium et potassium ont été détectés au cours de l'inactivation de E. coli en accord avec la perforation de la membrane et l'oxydation des protéines.

De récentes études utilisent des modèles microscopiques de trafic couplés à des modèles d'émission pour estimer des externalités environnementales, comme les consommations énergétiques. Ces estimations sont importantes pour évaluer l'efficacité des stratégies de trafic visant à réduire l'impact environnemental associé. La précision des estimations fournies par les outils utilisés est essentielle pour garantir le choix de la stratégie la plus adaptée. Les modèles de consommation énergétique compatibles avec une échelle microscopique ont été élaborés en utilisant en entrée des trajectoires construites à partir de données mesurées. Lorsqu'on souhaite alimenter ces modèles avec des trajectoires simulées par un modèle de trafic, se pose la question de la pertinence de ce couplage et de la quantification des erreurs associées. Dans cette perspective, cette thèse évalue l'influence de trajectoires issues de modèles de trafic sur l'estimation des consommations énergétiques des véhicules. Trois aspects du couplage sont évalués : (i) la simplification de la représentation du trafic, (ii) les paramètres des modèles de trafic et (iii) la méthode de calage des modèles de trafic. Pour le premier aspect les consommations énergétiques de trajectoires réelles et simplifiées sont comparées en vue de quantifier l'erreur d'approximation et de déterminer les principales simplifications cinématiques qui conduisent à cette erreur. Pour le deuxième aspect l'influence des lois d'écoulement propres à deux modèles de trafic (Newell et Gipps) a été évaluée. Enfin, pour le troisième et dernier aspect, l'influence de la méthode de calage des modèles de trafic cités a été analysée. Les consommations énergétiques ont été estimées en utilisant une version simplifiée de la bibliothèque Vehlib développée par le LTE/IFSTTAR. Les résultats montrent que, globalement, les estimations des consommations énergétiques restent assez précises tant qu'on respecte bien les paliers de vitesse cibles sur un trajet. L'accélération et les micro-variations de la vitesse apparaissent d'ordre secondaire pour le modèle de consommation utilisé. Ceci cependant n'élimine pas l'importance du choix du modèle de trafic et de la méthode de calage pour l'estimation de la consommation énergétique. En effet, il est bien connu qu'un modèle microscopique ne peut être calé en utilisant les caractéristiques individuelles de chaque véhicule observé. Le biais qui apparaît alors sur les trajectoires se retrouve sur les consommations énergétiques des véhicules. Cet effet est cependant plus limité quand on s'intéresse à un ensemble de véhicules, ce qui est le cadre de l'étude menée. Bien que restant faibles, les erreurs liées au couplage doivent être mises en relation avec le gain attendu par l'implémentation de stratégies de trafic qui peut être inférieur à 5%.