Les travaux présentés portent sur les étapes successives qui ont conduit au développement dans les années 1980 d'un modèle numérique qui simule l'évolution temporelle d'un manteau neigeux saisonnier en fonction des conditions météorologiques. Une première partie décrit le développement d'un modèle de neige multi-couches qui calcule les échanges d'énergie entre la neige et l'atmosphère et simule les principaux processus physiques qui contrôlent les échanges au sein du manteau neigeux.Une deuxième partie décrit comment ont été quantifiées les lois de métamorphose de la neige humide et de la neige sèche soumise à un faible gradient de température, de façon à compléter les connaissances existantes et proposer un jeu relativement complet de lois de métamorphoses de la neige saisonnière. Une troisième partie décrit l'implémentation de ces lois dans le modèle numérique, permettant ainsi de simuler la stratification du manteau neigeux, fonctionnalité qui n'existait dans aucun autre modèle à cette époque. Une évaluation détaillée de ce modèle sur le site du Col de Porte est présentée. La dernière partie introduit trois applications originales qui ont ensuite exploité les fonctionnalités de ce modèle : la simulation en temps réel de l'état caractéristique du manteau neigeux dans les Alpes françaises, l'étude de l'impact du changement climatique sur l'enneigement et la simulation de l'état du manteau neigeux dans un modèle hydrologique distribué

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude expérimentale du comportement hydromécanique d'un lœss naturel non saturé effondrable provenant d'un site proche de la ville de Bapaume (nord de la France) dans une zone où des problèmes de tassement le long de la ligne nord du TGV ont été attribués à l'effondrement du lœss, du fait d'infiltrations d'eau. Un nouvel appareil triaxial permettant de mesurer localement l'ensemble des caractéristiques du loess non saturé (déformation, teneur en eau et succion) a été développé. La courbe de rétention d'eau, déterminée à l'aide d'un tensiomètre de haute capacité et de la méthode du papier filtre a fait l'objet d'une attention particulière : elle présente autour de la teneur naturelle une zone sans hystérésis bordée par deux boucles d'hystérésis des côtés secs et humides. L'analyse de la courbe de rétention et du phénomène d'hystérésis a été approfondie grâce à une étude microstructurale réalisée à l'aide de la porosimétrie au mercure et de la microscopie électronique à balayage. Une structure assez complexe composée d'un arrangement métastable de grains de limon secs (probablement liés par la recristallisation du calcaire) et d'une phase argileuse répartie de façon hétérogène a été mise en évidence. L'étude du comportement hydromécanique a compris une investigation de l'effondrement à partir de faibles valeurs de contraintes proches de la contrainte in-situ, à l'aide d'essais oedométriques à taux de déformation constant avec mesures de succion. Le maximum d'effondrement et une dépendance fonction de la vitesse de chargement ont été identifiés. Une campagne d'essais triaxiaux à différentes teneurs en eau constantes avec mesure de succion a permis de déterminer l'allure de la limite élastique du limon naturel dans un diagramme p/q, ainsi que ses variations avec la teneur en eau et la succion et confirmer l'écrouissage en succion

Dans les biotechnologies, les particules magnétiques sont de plus en plus utilisées dans diverses applications, de thérapies ou de diagnostics : " Drug delivery ", traitements de cancers, IRM, etc. Inscrit dans le démarrage d'un nouvel axe de recherche du laboratoire SPINTEC, le travail de thèse a mis en œuvre des particules élaborées par une approche de type "top-down". Les matériaux utilisés sont antiferromagnétiques synthétiques (SAF). L'intérêt des nanoparticules magnétiques dans les domaines biomédicaux a été présenté en introduction. L'étude réalisée à SPINTEC a tout d'abord consisté à caractériser et modéliser différents matériaux SAF, et développer les procédés technologiques permettant la fabrication des particules. Ensuite le travail a été consacré à l'observation et la modélisation du comportement des particules en suspension dans un champ magnétique appliqué. Un modèle des phénomènes d'autopolarisation et d'agglomération des particules SAF a permis de déterminer une susceptibilité seuil en dessous de laquelle les particules restent dispersées en solution, évitant les phénomènes d'agglomération.

Les systèmes de télécommunications actuels nécessitent des filtres passe bande fonctionnant à des fréquences comprises entre 1 GHz et 10 GHz pour les systèmes les plus répandus, notamment la téléphonie mobile. Les filtres actuels sont reportés, donc non intégrés sur silicium. Ils présentent certains inconvénients : coût, place occupée, incompatibilité avec les technologies silicium...Une solution consiste à utiliser des résonateurs à ondes de volume, plus communément appelés BAW (Bulk Acoustic Waves). Ils présentent l'avantage d'être intégrables sur silicium. De nouvelles architectures nommées CRF (Coupled Resonator Filter) font appel à des résonateurs à ondes de volume (BAW) mais aussi à des structures utilisant des couplages acoustiques entre différentes couches. L'objectif du travail proposé est de modéliser les structures actuelles et en cours d'études pour obtenir des modèles de type circuits électriques. Ces modèles seront validés par des mesures effectuées au laboratoire sur des résonateurs BAW et sur des filtres qui sont réalisés par nos partenaires. La première partie des études portait sur le comportement RF sous faible et forte puissances, suivi du développement d'un modèle large bande simulé sous ADS décrivant le comportement des filtres BAW sous faible et forte puissances. Une optimisation du temps de mesure en fréquence est effectuée pour réduire le temps du test RF. La seconde partie de la thèse est orientée vers le développement d'une nouvelle méthode de test pseudo-temporelle des filtres hyperfréquences qui consiste à mesurer directement leur impact sur un signal numérique grâce au paramètre "EVM" (Error Vector Magnitude). Ce paramètre est relié au BER et nos travaux montrent qu'il permet également de retrouver en partie les paramètres S et détecter les filtres défaillants à partir d'une seule mesure. Cette nouvelle technique permettant le test de filtres à partir d'un seul point de mesure permet de réduire le temps et le coût de caractérisation à des fins industrielles. Ce travail s'est déroulé dans un cadre de collaborations avec le LETI et STMicroelectronics au sein du projet FAST labellisé par le pôle MINALOGIC.

La formation d'un caillot de fibrine, processus clé de la coagulation sanguine, implique la polymérisation des monomères de fibrinogène en un réseau de fibres de fibrine. Bien que ce réseau contrôle l'ensemble des propriétés mécaniques du caillot et constitue le squelette sur lequel se base la reconstruction des tissus, sa structure aux échelles inférieures au micron est très mal caractérisée. Nous avons démontré que l'analyse du spectre de lumière visible transmis à travers un caillot permet de déterminer simultanément, quantitativement et en conditions quasi-physiologiques, plusieurs paramètres essentiels de cette nanostructure, à savoir le rayon et la concentration interne en protéines des fibres. Cette méthode de spectrophotométrie a montré le caractère extraordinairement poreux de ces fibres et comment l'environnement de la réaction (concentrations en fibrinogène, en thrombine, température, force ionique) influe sur leur dimension et leur porosité. Cette méthode a ensuite permis de caractériser les effets respectifs sur cette structure de différentes molécules anti-coagulantes, montrant l'action spécifique de l'enoxaparine par rapport aux héparines non-fractionnées et au pentasaccharide. Enfin, nous avons construit un prototype à vocation hospitalière (spectrophotomètre) afin d'étudier la cinétique de polymérisation de la fibrine, non seulement en système purifié en combinaison avec nos spectres de diffusion de rayons X, mais également sur des plasmas de patients présentant des troubles de l'hémostase. Des discussions sont en cours avec un laboratoire pharmaceutique afin d'intégrer cette méthode sur des appareils de diagnostic.

Dans le domaine de la conception de produits nouveaux (NPD), le facteur humain est considéré comme une source de créativité. Visant à la conjonction de la nouveauté et de l'utilité, le domaine NPD structure un processus méthodologique en développant des outils et méthodes intégrant des informations relatives à l'utilisateur dans les phases amont de la conception. En vue d'avoir des points de vue nouveaux qui permettront d'améliorer les méthodologies de NPD, notre recherche propose comme domaine d'application la conception architecturale (CA). Dans le domaine de CA, la prise en compte de l'utilisateur futur est considérée comme une tache essentielle tout comme le domaine de NPD. Lors de l'intégration des informations relatives à l'utilisateur futur dans les phases amont du processus de conception architecturale, nous avons constaté certains problèmes sur l'intervention du consultant en ergonomie dans les phases amont et sur les difficultés de communication entre les futurs utilisateurs et l'architecte. La conception architecturale se doit d'intégrer des méthodes et outils qui peuvent favoriser l'activité créative pluridisciplinaire en amont du processus. Nous proposons un modèle théorique du processus amont de CA basé sur l'introduction des méthodologies de NPD qui sont en cours de développement. Il vise à favoriser la création architecturale tout en intégrant les divers avis concernant la qualité architecturale vis-à-vis de l'utilisation. Dans le cadre d'un projet architectural, appliqué à l'habitat d'urgence, nous avons expérimenté ce modèle théorique et ensuite effectué la critique constructive avec des architectes professionnels. Le résultat de cette recherche est un modèle du processus amont de conception architecturale qui permet d'intégrer des informations relatives à l'utilisateur de manière collaborative lors de la génération et le développement des concepts. Au cours de la construction de ce modèle, nous avons pu apporter de nouvelles connaissances en innovation des méthodologies de NPD, tout en offrant une vision nouvelle de la conception architecturale.

Nous assistons aujourd'hui à une évolution de la conscience collective pour la prise en compte de l'environnement en conception de produit industriel. Cette réalité du monde industriel conduit à reconsidérer le développement d'outils classiques de conception et d'innovation pour intégrer la problématique environnementale. L'innovation, paramètre majeur du développement et de la croissance de l'entreprise, doit aussi conduire à des concepts éco-innovants. Il existe peu de méthodes complètes d'éco-innovation. Il est indispensable de développer une méthode alliant l'analyse du problème dans le sens du développement durable, la formalisation adaptée et la sélection des outils de résolution adéquats. L'utilisation des outils d'éco-innovation permettra aux entreprises de s'approprier le concept de développement durable à l'échelle de l'émergence de leurs produits. Cette approche intégrée de conception permet d'influencer les modes de production et de consommation, d'anticiper les besoins futurs des utilisateurs et d'assurer la pérennité de la société. Ces travaux de thèse s'inscrit dans le cadre de la mutation de la Méthode d'Aide à l'INnovation (MAL'IN) vers un outil d'éco-innovation. La démarche actuelle MAL'IN permet d'analyser et structurer un problème de conception de produit, de le formaliser et de le résoudre. Adaptée aux phases préliminaires de conception, la méthodologie est basée sur l'analyse fonctionnelle, l'analyse des phénomènes physiques et sur la définition des biais d'attaque du problème. La résolution fait appel à des outils adaptés de la théorie TRIZ et d'autres outils développés dans ce cadre. L'enjeu de la thèse concerne l'intégration de la vision développement durable dans la méthode actuelle MAL'IN à travers la structuration et la mise en place de connaissances environnementales nécessaires au stade de la recherche de concepts et de ainsi faire évoluer cet outil vers un outil d'éco-innovation. Les travaux de thèse impliquent d'une part, l'intégration de la vision environnementale aux outils existants de la méthode MAL'IN notamment dans la phase d'analyse et de formalisation du problème de conception et, d'autre part, le développement de nouveaux outils d'éco-innovation permettant d'adapter et de structurer la démarche existante en fonction des nouvelles données d'analyse environnementale du produit. L'ensemble des méthodes proposées doit apporter des réponses cohérentes de la spécification du besoin jusqu'à la recherche de concepts éco-innovants. La méthode développée doit convenir à tous les membres du groupe de créativité, en particulier, il faut s'assurer que l'expression des différentes connaissances et des orientations de structuration et de formalisation soit compréhensibles et interprétables par les participants. L'éco-innovation impose, entre autres, la personnalisation du produit, un designer intervient classiquement dans ce cadre. Les outils doivent être conçus pour être interprétés par cet intervenant particulier.

Dans un contexte de préoccupation accrue d'économie d'énergie, l'intérêt que présente le développement de stratégies visant à minimiser la consommation d'un bâtiment n'est plus à démontrer. Que ces stratégies consistent à recommander l'isolation des parois, à améliorer la gestion du chauffage ou à préconiser certains comportements de l'usager, une démarche préalable d'identification du comportement thermique de bâtiment s'avère inévitable.<br/>Contrairement aux études existantes, la démarche menée ici ne nécessite pas d'instrumentation du bâtiment. De même, nous considérons des bâtiments en occupation normale, en présence de régulateur de chauffage : inconnue supplémentaire du problème. Ainsi, nous identifions un système global du bâtiment muni de son régulateur à partir de :<br/>données de la station Météo France la plus proche ; la température de consigne reconstruite par connaissance sectorielle ; la consommation de chauffage obtenue par système de Gestion Technique du Bâtiment ou par compteur intelligent ; autres apports calorifiques (éclairage, présence de personnes...) estimés par connaissance sectorielle et thermique. L'identification est d'abord faite par estimation des paramètres (7) définissant le modèle global, en minimisant l'erreur de prédiction à un pas. Ensuite nous avons adopté une démarche d'inversion bayésienne, dont le résultat est une simulation des distributions a posteriori des paramètres et de la température intérieure du bâtiment.<br/>L'analyse des simulations stochastiques obtenues vise à étudier l'apport de connaissances supplémentaires du problème (valeurs typiques des paramètres) et à démontrer les limites des hypothèses de modélisation dans certains cas.

La thèse a permis de formaliser des méthodologies pour identifier et quantifier des économies d'énergie dans le domaine de la climatisation à eau glacée. Une démarche est proposée pour permettre d'établir un référentiel d'options d'amélioration. Cette démarche repose sur l'analyse des facteurs d'inefficacité du système pendant une partie de son cycle de vie (conception, installation, exploitation et maintenance). Par ailleurs, l'analyse des méthodes d'identification montre que celles-ci doivent être utilisées d'une façon complémentaire pour obtenir des résultats de qualité. L'analyse des méthodes d'évaluation montre qu'elles peuvent être utilisées pour le développement structurel d'un service énergétique. Une analyse plus approfondie, en fonction des coûts humains et techniques et de la disponibilité des informations, permet de proposer une sélection de modèles. Ces modèles permettent d'élaborer des outils d'évaluation pour chacune des étapes du travail d'un inspecteur ou d'un auditeur. Les méthodologies et les modèles sont utilisés pour permettre l'identification des économies d'énergie relatives à l'amélioration de l'exploitation du réseau d'eau glacée. Certaines de ces options peuvent modifier les conditions d'ambiance intérieure, le confort devant alors être vérifié. Des procédures d'identification d'économies d'énergie sont ensuite proposées. Enfin, une analyse du mécanisme d'inspection réglementaire est effectuée. Les méthodologies sont utilisées pour augmenter la portée des conseils. L'évaluation quantitative proposée, rapide et peu coûteuse, prend en compte les spécificités du bâtiment et du système inspecté.

Le développement de nouveaux convertisseurs énergétiques non polluants et non dépendants des énergies fossiles est un enjeu environnemental, économique et politique crucial auquel les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) pourraient répondre. La démocratisation de ces systèmes passe par l'amélioration de leurs performances, la réduction de leur coût lié essentiellement à l'utilisation de platine et par l'augmentation de leur durée de vie. Ce travail vise à améliorer la compréhension des mécanismes mis en jeu et à apporter une solution aux différents verrous technologiques en utilisant des matériaux modèles tels que les aérogels de carbone comme support de catalyseur dans les couches catalytiques cathodiques de piles à combustible PEM. Pour répondre à ces objectifs, l'impact de la texture du support carboné sur les performances électrochimiques en Assemblage Membrane Electrodes (AME) a été étudié. Puis nous avons analysé l'influence de la composition de la couche catalytique cathodique sur les performances, comparé différentes méthodes de dépôt de platine et enfin étudié le vieillissement des aérogels de carbone en AME sur banc monocellule. Ces études ont montré l'influence de l'architecture du support carboné sur les performances, l'impact positif de l'utilisation de PTFE dans la couche catalytique cathodique ainsi que l'intérêt de valider le protocole de dépôt de platine en fonction des performances au temps t=0 et au cours du vieillissement. Enfin, l'étude de la tenue au vieillissement des aérogels de carbone a montré que des progrès restaient à faire dans ce domaine.