Technologies les plus prometteuses pour suivre le défi de la production d'énergie. La première partie de cette mémoire aborde les absorbeurs de CISe préparés par co-évaporation (3 étapes) et l'effet de l'oxygène (ainsi que le sodium) dans les absorbeurs et des cellules solaires. La température du substrat de 1ère étape la plus élevé (400°C), conduit à un rendement maximal de 12% (Voc=460mV, Jsc=37mA/cm2, FF=78,3%). L’oxydation des couches précurseurs de In2Se3 a montré que les oxydations prolongées ont donnée lieu à faibles rendements de cellules solaires. Les cellules de CISe sans Na ont été fortement dégradées après l’oxydation, avec une baisse de Voc (-72%) et de FF (- 45%). La deuxième partie de la mémoire traite avec la croissance des couches de CISe par un procédé hybride (pulvérisation pyrolyse suivie par coévaporation). La croissance est basée sur un processus de co-évaporation en 3 étapes, mais en remplaçant la couche de 1ère étape avec un couche In2Se3 pyrolysée. Il a été montré qu’une couche de CISe de haute qualité peut être obtenue. L’optimisation des conditions de croissance du procédé hybride (régime du Cu) a permis des dispositifs avec un rendement de 11,1%. Une amélioration peut être atteinte par la diminution de la recombinaison au niveau du contact arrière. / In photovoltaics, the thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) technology is one of the most promising technology to keep up with today’s energy production challenge. The first part of this work address the CISe absorbers films prepared by the 3-stage co-evaporation process. Also, the effect of the oxygen (along with sodium) in the CISe absorbers and solar cells is investigated. The highest 1st-stage substrate temperature (400 C) leads to the highest efficiency of 12% (Voc=460mV, Jsc=37 mA/cm2, FF=78.3%). Oxidation of the In2Se3 precursors films showed that long time exposures resulted in low solar cell parameters. The CISe cells without sodium are degraded after oxidation, with a drop in Voc (-72%) and FF (-45%). The second part of the work deals with the growth of CISe films by a hybrid process which involves two deposition techniques, namely spray pyrolysis and co-evaporation. The process is based on a 3-stage coevaporation process but replacing the 1st-stage film with an In2Se3 spray pyrolyzed film. It was shown that highquality CISe films can be obtained. Optimization of the hybrid process growth conditions (Cu regime) allowed solar cells with efficiencies of 11.1% (Voc=438mV, Jsc=37 mA/cm2, FF=67.5%). Further improvement could be achieved by the decrease of recombination at the back contact.

Dans ce travail, on s'intéresse à l'étude mathématique des phénomènes de charge des satellites dans les orbites basses (Low Earth Orbit, LEO).Aprės un rappel du contexte physique, nous dérivons un modėle de type bi-fluide pour le plasma entourant le satellite. En effet, en orbite LEO, le plasma peut être considéré fortement collisionnel comparativement au cas par exemple des orbites polaires ( Polar Earth Orbit, PEO). Le modėle utilisé est composé des équations d'Euler pour la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie ainsi que de l'équation de Poisson pour le potentiel électrostatique et est obtenu dans le cas tri-dimensionnel.Pour l'étude mathématique du modėle nous nous concentrons sur le cas uni-dimensionnel afin de mettre en évidence les principales difficultés.Nous considérons d'abord les équations d'Euler stationnaires couplées à l'équation de Poisson. La dynamique de charge du satellite est alors contenue dans les conditions limites qui font apparaître la dérivée en temps du potentiel. Nous donnons des résultats d'existence et d'unicité de solution ainsi que des simulations numériques. Ici nous utilisons uniquement des conditions limites de Dirichlet pour les quantités macroscopiques. Elles peuvent être loin de celles qui sont physiquement intéressantes et que nous ne connaissons qu'au niveau microscopique.C'est pourquoi, nous proposons ensuite une solution numérique permettant d'utiliser dans la simulation des équations évolutives d'Euler des conditions limites venant d'une modélisation microscopique au travers d'un régime où le libre parcours moyen est petit. La condition limite vient d'une analyse de couche limite qui s'explique par le fait que le flux cinétique peut être loin de l'équilibre thermodynamique. / In this work we are concerned with a mathematical study of the spacecraft charging phenomena of Low Earth Orbit (LEO).After recalling the physical context, we derive a two-fluid type model for the plasma around the spacecraft. Indeed in LEO, the plasma can be considered highly colisional compared with the case for example of Polar Earth Orbit (PEO). The model used here consist in the Euler equations for the conservation of mass, momentum and energy plus a Poisson equation for the electrostatic potentiel and is derived in the three dimensionnal case.For the mathematical study of the model, we concentrate our attention on the one dimensionnal case to point out the main difficulties.We first consider the stationnary Euler equations coupled to the Poisson equation. The charging dynamics is then embodied into the boundary conditions where the time derivative of the potentiel appears. We present rigourous existence and unicity results together with numerical simulations. Here we only use some Dirichlet boundary conditions for the macroscopic quantities. They can be far from the ones of physical interest wich we only know at a kinetic level.That's why we next propose a numerical solution to incorporate in the simulation of the evolutive Euler equations boundary condition that come from a microscopic modeling in the small mean free path regime. THe boundary condition relies on the analysis of boundary layers formation that accounts from the fact that the incoming kinetic flux might be far from the equilibrium.

Thermal management of electronics has become a major challenge in manufacturing and production of high performance electronic chips. Constant rise of computation power requires higher amount of energy and subsequently this energy (in the form of heat) should be transferred out of the computer. Among other solutions, heat pipes are proposed as a means to transfer and eventually remove this excess heat. The main part of a typical heat pipe is the wick which provides a medium for transport of capillary driven flow and evaporation at the vapor-liquid interface. Different materials are proposed as wick for a heat pipe and among them, recently invented Bi-porous metal foams exhibit a very significant performance improve, i.e. high transport limit in comparison with competing materials. By a mainly experimental approach, capillary, wetting and evaporation properties of copper metal foams with different porosities have been investigated. An in depth surface characterization study is done on the foams to identify the role of surface wettability on the capillary performance. It is found for the first time that the hydrophilicity loss of the copper based porous materials when exposed to air is caused by the adsorption of volatile organic compounds and not by copper oxidation. It is also inferred that the reason for high transport limit of the foams compared with other materials is their unique microstructure which has two levels of porosity. This biporous microstructure provides paths for liquid transport with low pressure drop while the smaller pores provide for thin film evaporation and produce high capillary pressure. Permeability and effective pore radius, as two key parameters defining the pumping capacity, are measured experimentally by the rate of rise method. It is also found that the evaporation rate of a rising liquid in a porous material is lower compared with that of the same material while saturated with stationary liquid. This will allow ignoring natural evaporation in the rate of rise method and using simplified models to capture permeability and effective pore radius. The role of meniscus recession in capillary pumping and evaporation rate is characterized for the first time and a model is proposed to measure the effective pore radius of porous materials in operating conditions. It is shown that the effective pore radius can decrease up to 50% due to forced evaporation. In a more general perspective, through different experiments, it is shown that there is a coupling between capillarity and evaporation. This coupling is established through variation in meniscus shape which will affect both capillarity and evaporation. The findings of this thesis will shed light on the capillarity, evaporation and their interconnected nature in the capillary wicks in two phase thermal management devices.

L’objectif de ce projet de recherche est de développer un modèle d’évaporation de l’eau d’une rivière en milieu boréal. Un site expérimental sur la rivière Natashquan dans la région de la Côte-Nord au Québec a été sélectionné pour y installer une station hydrométéorologique faisant un suivi des variables environnementales locales. Cette rivière est marquante dans le paysage de la Minganie par la superficie de 15 930 km2 de son bassin versant et son débit moyen annuel de 349 m3/s. Ce puissant cours d’eau est une des dernières rivières naturelles de la Côte-Nord n’étant pas harnachée par un barrage. Une campagne constituée de 5 sorties de mesures intensives sur le terrain a été effectuée afin d’observer l’évaporation de l’eau de la rivière par la méthode des mini-lysimètres flottants. Ces derniers s’inspirent du processus derrière le bac évaporatoire de classe A pour obtenir une estimation de l’évaporation in-situ en ayant un petit bac évaporatoire portatif à la surface de l’eau de la rivière. Un modèle d’évaporation par transfert de masse a été développé avec les données récoltées et 8 fonctions de vent de la littérature ont été testées. Puis, un modèle d’évaporation par ensemble de réseaux de neurones a été retenu, car il offrait une meilleure performance que les approches classiques. Ce réseau de neurones ayant comme variables d’entrée la tension de vapeur à saturation, le rayonnement incident d’ondes longues, la vitesse du vent et la tension de vapeur de l’air, permet d’explorer une non linéarité entre les variables qui n’est pas accessible à l’approche de transfert de masse. Ce modèle met en évidence le manque de recherche sur les processus gouvernant l’évaporation fluviale dans le cadre de rivière de grande envergure et particulièrement l’évaporation des rivières du milieu boréal. / The objective of this study was to develop a river evaporation model for the boreal biome. A hydrometeorological station was installed on the bank of the Natashquan river to collect environmental data. The Natashquan river is major hydrographic component of the region with its 15 930 km2 watershed and its 349 m3/s mean annual flow. This powerful watercourse is one of the only remaining significant river that has not yet been dammed in the Côte-Nord region. Five intensive field campaigns were carried out targeting different conditions during the summers of 2018 and 2019. River water evaporation was observed using the floating minipan method. This method, inspired by the process behind the class A evaporation pan, allows small portable evaporation pans to be deployed on the water surface and to monitor in-situ evaporation in more holistic conditions. Observations were used to calibrate the wind function of a mass-transfer evaporation model and compare it with different wind functions taken from the literature. A stacked neural network was selected as the river model based on a higher performance compared to the mass transfer approach. The input variables of the network are the saturation vapour pressure, the incoming longwave radiation, the wind speed and the vapour pressure of the above air. The model allows a nonlinear combination of the selected environmental variables that is not accessible to the mass transfer equations. Therefore, the present study highlights the evident lack of research concerning fluvial evaporation in the context of rivers of considerable size, particularly in the boreal biome.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Ce travail se concentre sur le développement et l'application de la technique du "Tandem Differential Mobility Analyser" (TDMA) pour étudier, par classe de taille, l'aérosol submicronique et ses propriétés physico-chimiques (i. e. volatilité et hygroscopicité). En premier lieu, nous avons procédé à l'optimisation et à la réalisation d'un DMA au LaMP. Ensuite, le nouveau dessin du Volatility-VTDMA (6-V-TDMA) et l'expérience acquise nous a permis de développer et de construire un nouveau système combinant le conditionnement en température et en humidité des particules de l'aérosol, le "Volatility-Hygroscopic-TDMA" (VH-TDMA), pour mesurer le changement d'hygroscopicité des particules lorsque les composés volatiles sont enlevés par processus thermique. Basé sur les résultats des particules d'aérosols synthétiques, la prochaine étape de notre travail a été d'appliquer la technique VH-TDMA pour étudier le comportement hygroscopique des particules naturelles et thermo-désorbées dans différents environnements. Nous avons montré dans notre étude qu'un faible chauffage des particules d'aérosols atmosphériques peut conduire à des changements significatifs du facteur de grossissement hygroscopique.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette thèse expérimentale porte sur l'évaporation d'une gouttelette mouillante : il s'agit d'un problème de ligne de contact mobile dans lequel deux processus de relaxation aux effets antagonistes (étalement et évaporation) s'opèrent de façon concomitante. <br /> Le travail qui est rapporté fait suite à la thèse de C. Poulard soutenue en 2005 au sein de notre groupe. Il s'est dégagé de ce premier travail de grandes tendances : notamment, la phase de rétraction est caractérisée par l'existence de lois de puissance pour le rayon et l'angle de contact. Ce caractère particulier a donné lieu à un modèle élaboré en collaboration avec M. Ben Amar. Le domaine de validité de ce modèle peut toutefois être amélioré. Le manuscrit prend ainsi la forme d'une discussion illustrée de faits expérimentaux, où les hypothèses sont reprises, les processus invoqués, testés et au cours de laquelle l'accent est mis sur les points importants en vue d'une meilleure description de la dynamique de ces objets volatils.<br /> Soulignons qu'en raison de la forme particulière du taux d'évaporation, la ligne de contact recule alors que l'angle de contact n'est pas nul. Or, cet angle est particulièrement significatif dans les dynamiques. Un accent particulier est porté sur la forme de l'interface liquide au niveau de la ligne de contact, gouvernée par un réel problème d'hydrodynamique. Notamment, des tests précis sur le couplage entre l'évaporation et les écoulements hydrodynamiques à l'extension maximale sont menés et les résultats de cette étude sont appliqués avec succès à la remise à l'échelle des dynamiques.<br /> Nous abordons dans une seconde partie, la question peu typique de l'évaporation d'une goutte de mélange. Dans un tel système, l'évaporation provoque un défaut du composé le plus volatil au niveau de la ligne de contact. Nous verrons dans cette partie que les hétérogénéités ainsi créées sont à l'origine de gradients de tension de surface qui contrôlent les dynamiques.

De par le monde, la gestion des réservoirs hydroélectriques repose largement sur des modèles hydrologiques qui simulent les entrées et les sorties d’eau du système. L’évaporation sur ces réservoirs est typiquement négligée ou calculée de la même façon que l’évapotranspiration sur l’ensemble du bassin versant, bien que les processus régissant ces deux phénomènes diffèrent. Une meilleure quantification de l’évaporation suscite un intérêt grandissant, dû aux changements climatiques qui provoquent une augmentation des pertes en eau par évaporation sur les réservoirs. Cette étude examine divers modèles d’évaporation, et ce, en tenant compte de la réalité dans laquelle les modèles hydrologiques sont opérés de façon générale, c’est-à-dire avec une faible disponibilité de données d’entrée. L’étude se concentre principalement sur deux réservoirs situés dans la zone boréale canadienne, soit Eastmain-1 et Romaine-2. Un jeu de données observées d’évaporation obtenues grâce à la technique de covariance des tourbillons, est utilisé comme référence. De toutes les approches considérées, le modèle de transfert de masse avec un nombre de Dalton constant de 1,2 x 10⁻³ est le plus performant à un pas de temps horaire. Les cumuls journaliers sont également estimés avec une bonne précision autant lors du réchauffement de la masse d’eau que lors de la période de relâchement d’énergie. Des analyses de sensibilité montrent que l’utilisation de ce modèle avec des données limitées est possible, du moins pour les deux réservoirs étudiés. Ces données limitées consistent en la température de l’air et l’humidité relative prises sur la terre ferme à proximité du réservoir, la température de la surface de l’eau mesurée in situ et la vitesse du vent à une hauteur de 10 m prise depuis la berge du réservoir face aux vents dominants. L’application du modèle sur le lac Léman, situé dans une région plus tempérée, donne aussi de bons résultats. / Hydroelectric reservoirs around the world are managed using hydrological models to calculate water inflows and outflows. Evaporation on these reservoirs is typically neglected or calculated in the same way as evapotranspiration over the entire watershed, although the processes governing the two phenomena are different. A better quantification of evaporation is of growing interest in Quebec and internationally due to climate change, which is causing an increase in water losses by evaporation on reservoirs. This study therefore examines various evaporation models for open water bodies, taking into account the practical context in which hydrological models are generally operated, that is with low availability of input data. The study focuses mainly on two reservoirs with contrasting morphometries and located in the Canadian boreal zone, Eastmain-1 and Romaine-2. For this purpose, a set of observed evaporation data obtained using a direct measurement technique called eddy covariance, is used as a reference. Of all the approaches considered, the mass transfer model with a constant Dalton number of 1.2 x 10⁻³ gives the most accurate estimation of evaporation at hourly time steps. Daily totals are also estimated with good accuracy both during the warming of the water body in spring and during the energy release period in fall. Sensitivity analysis show that the use of this model with limited data is possible, at least for the two reservoirs studied. These limited data consist of air temperature and relative humidity taken on land in the vicinity of the reservoir, water surface temperature measured in situ, and wind speed at a height of 10 m taken from the bank of the reservoir facing the prevailing winds. The application of the model on Lake Leman, located in a more temperate region, also gives good results.

Un des enjeux majeurs en Science de la Terre ces dernières décennies est de comprendre les interactions entre les différentes enveloppes terrestres. Le but poursuivi par ce travail est d'aborder quelques aspects de ces interactions du point de vue des cycles géochimiques des éléments volatils H2O et CO2 en se basant sur l'étude des inclusions fluides piégées dans des roches variées de la croûte terrestre, depuis sa surface jusqu'à l'interface croûte-manteau. La première partie de mon travail présente des travaux expérimentaux effectués sur de la halite. L'étude du fractionnement isotopique de l'oxygène et des cinétiques d'équilibration entre H2O et CO2 lors de l'évaporation de saumures a montré l'importance des corrections à effectuer sur les mesures isotopiques de l'oxygène pour des solutions de haute salinité. L'élaboration d'un protocole expérimental de précipitation de halite en milieu contrôlé a permis de mettre en évidence le potentiel des inclusions fluides pour les reconstitutions paléoclimatiques. La combinaison des données microthermométriques et des compositions isotopiques de l'hydrogène et de l'oxygène des inclusions aqueuses permet d'estimer les sources et la température de l'eau de formation de la halite ainsi que la vitesse du vent à l'interface eau-air pendant la croissance du cristal. Cette méthode a été ensuite appliquée aux dépôts de halite de Sicile datés du Messinien. La deuxième partie de mon travail est consacrée à l'identification des compositions chimiques et des sources des fluides circulant dans la croûte et à l'interface croûte-manteau à travers l'analyse des compositions isotopiques des inclusions fluides des granites et granulites.