Depuis le lancement du premier satellite Spoutnik 1 en 1957, l’environnement spatial est de plus en plus utilisé et le nombre de débris orbitaux se multiplie naturellement, soit par des explosions, des collisions ou tout simplement par les opérations normales des satellites. Au-delà d'un certain seuil, la densité des débris orbitaux risque de créer une réaction en chaîne incontrôlée : l’effet Kessler. L’élimination des débris orbitaux en basse altitude permettrait de limiter cette réaction et ainsi de préserver l’environnement spatial afin de pouvoir l’utiliser de façon sécuritaire. L’élimination des débris orbitaux est une opération complexe et coûteuse. Elle consiste à déplacer des objets spatiaux inactifs vers une orbite basse pour mener à leur désintégration dans la basse atmosphère terrestre. En utilisant les perturbations orbitales, il est possible de réduire le coût du carburant requis pour effectuer les manœuvres orbitales nécessaires à l’élimination de ces débris. L'objectif principal de cette étude consiste à développer une procédure et une stratégie de commande autonome afin de modifier l'orbite des satellites non opérationnels (débris) pour mener à leur désintégration naturelle tout en optimisant les facteurs carburant et temps. Pour ce faire, un modèle d’atmosphère basé sur le modèle de Jacchia (1977) est développé. Un modèle de la dynamique du satellite inclut aussi les perturbations principales, soit : traînée atmosphérique, non sphéricité et distribution non uniforme de la masse de la Terre. Ces modèles ainsi qu'un algorithme de commande optimale pour un propulseur électrique sont développés et le tout est validé par simulations numériques sur Matlab/Simulink. Au terme de cette étude, les conditions optimales dans lesquelles il faut laisser un débris afin qu'il se désintègre dans la basse atmosphère de la Terre en quelques semaines seront données (type d'orbite : altitude, inclinaison, etc.) ainsi que le coût en carburant pour une telle mission. Cette étude permettra de prouver qu'il est possible de réaliser des missions d'élimination des débris orbitaux tout en réduisant les coûts associés aux manœuvres orbitales par l'utilisation des perturbations naturelles de l'environnement.

Le smog photochimique est un phénomène qui prend de l'ampleur dans les grandes villes industrialisées. Il est la cause de plusieurs maladies respiratoires. Son apparition provient majoritairement des polluants émis par les véhicules automobiles, soit les hydrocarbures et les oxydes d'azote. Le rayonnement du soleil interagit avec ces espèces chimiques et le dioxygène présent dans l'atmosphère pour mener à une production d'ozone troposphérique importante. L'ozone en basse altitude endommage les écosystèmes et est nocif pour la santé humaine. Le sujet de recherche est d'abord axé sur la réaction limitante du processus qui crée le smog photochimique : la photolyse du dioxyde d'azote. Quoique cette réaction est assez bien connue dans la littérature en phase gazeuse, les données expérimentales en phase condensée sont manquantes. Les travaux ont été effectués dans le but de combler le manque d'information à ce sujet. En premier lieu, les conditions optimales pour l'isolation du NO[indice inférieur 2] par matrice de gaz rare ont été déterminées. Par la suite, l'irradiation des échantillons du mélange NO[indice inférieur 2] et gaz rare a été effectuée. Par spectroscopie infrarouge à angle rasant, il a été possible de suivre l'évolution de la destruction des molécules de NO[indice inférieur 2] en fonction du temps. Différentes hypothèses sont émises afin d'interpréter les données de cinétique obtenues. Ces hypothèses sont alors testées à partir d'expériences sous-jacentes ou expliquées selon des principes théoriques. Finalement, un modèle exprimant le profil du champ électrique à l'intérieur de films minces a été construit. Ce modèle s'inspire des effets d'interférences observés par spectroscopie d'absorption-réflexion. En guise de conclusion, une proposition d'expérience pour supporter le modèle du champ électrique est décrite. La portée du modèle s'étend à tous les processus impliquant un rayonnement lumineux sur une surface réfléchissante. Bien qu'il serve principalement à expliquer le taux de photolyse observé dans le cadre du projet de maîtrise, le modèle est applicable à plusieurs spectroscopies en réflexion.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

En propulsion électrique, le freinage régénératif consiste à récupérer l’énergie cinétique du véhicule en freinant la roue propulsée avec la motorisation électrique. Afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérée à partir du freinage électrique, la plupart des études antérieures proposent des stratégies qui consistent à définir le couple de freinage en fonction de la vitesse du véhicule. Dans cette étude nous proposons une stratégie originale qui consiste à commander le glissement de la roue freinée en fonction de la vitesse du véhicule. Les deux principales hypothèses qui ont motivé ce travail sont que cette stratégie de récupération, réglée à l’optimum, est moins sensible aux incertitudes et qu’elle permet d’éviter une perte d’adhérence de la roue, étant donné que le glissement est contrôlé. L’objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu’il est possible de mettre en œuvre une telle approche sur un véhicule électrique afin d'assurer une récupération optimale de l'énergie tout en assurant la stabilité du véhicule. Le premier volet de cette étude est d’étudier l’avantage de la stratégie de commande du glissement quand elle est globalement optimisée au sens de maximiser la récupération d’énergie en considérant le rendement énergétique de la chaine électrique et des pertes mécaniques. Pour cela, un simulateur basé sur Matlab/Simulink a été développé et validé par des mesures expérimentales. La nouvelle stratégie en glissement est alors comparée en simulation à d’autres stratégies, et sa sensibilité est évaluée par rapport à des incertitudes paramétriques sur l’inclinaison de la route, la masse et les conditions routières. Les simulations numériques, validées par des essais expérimentaux, montrent qu’un freinage régénératif qui commande le glissement est la stratégie la moins sensible aux variations paramétriques. Le deuxième volet de cette étude porte sur la synthèse et la mise en œuvre d’un contrôleur temps-réel, embarqué sur un véhicule électrique à trois roues, afin de procéder à des tests routiers de la stratégie en glissement. Considérant qu'il n'est pas possible de mesurer directement le glissement, il doit être estimé en temps réel à partir des mesures des encodeurs des roues. Pour ce faire, un modèle d’état non-linéaire du comportement du système de propulsion électrique, incluant la dynamique du glissement, a été expérimentalement identifié. Ce modèle original, combiné à un modèle classique de dynamique longitudinale du véhicule, est utilisé pour la synthèse et la comparaison de deux observateurs de Kalman étendu. Finalement, un estimateur d’adhérence, basé sur un algorithme d’identification de type RLS-[lambda], est mis en place pour corriger en-ligne un facteur lié à l’adhérence. Il devient ainsi possible d’estimer avec précision le glissement de la roue motrice, même en présence de variations paramétriques importantes. Un contrôleur non-linéaire temps réel a été développé et implanté dans le but de suivre une consigne de glissement optimal. Considérant la présence d’un retard pur important dans la chaine de contrôle, le contrôleur se décompose en une partie boucle ouverte afin d’atteindre rapidement la consigne de couple et une rétroaction non-linéaire afin de corriger finement la valeur finale. La synthèse des compensateurs (boucle ouverte et rétroaction) se base sur une linéarisation par morceaux du système à contrôler: les paramètres du modèle d’état sont fixés pour une commande de couple de freinage donnée. La structure de contrôle implantée a été réduite afin de minimiser la puissance de calcul requise. La combinaison de l’observateur de glissement avec le contrôleur de glissement a permis de valider expérimentalement la stratégie de freinage par glissement sur un véhicule électrique. Les conditions de la route (niveau d’adhérence) ont été modifiées pour valider la robustesse du contrôleur sur une surface glissante.

L’étude présentée ici entre dans la problématique générale des arcs électriques intervenant dans des applications industrielles telles que le soudage, le découpage, le traitement des déchets. Ce travail constitue une première phase de modélisation de cette étude générale. Le plasma est décrit par un ensemble d'équations de conservation de fluide et de l’électromagnétisme, complétés par des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport appropriés, en formant un système d’équations non linéaires fortement couplées. Ces équations sont écrites en supposant l’équilibre thermodynamique local, une symétrie cylindrique et un écoulement laminaire stationnaire. Ce système d’équations est résolu à l’aide du logiciel commercial FLUENT de type CFD fondé sur l’approche des volumes finis. Pour pouvoir utiliser la partie solveur nous avons résolu notre modèle en utilisant les routines UDF Users-Defined-Function. Dans une première partie, nous présentons la validation du modèle à deux dimensions et à 100 A dans l’argon par des résultats de la littérature. Cette comparaison laisse apparaître un accord satisfaisant sur les profils de température dans la colonne de plasma et des différences dans les zones proches des électrodes dues aux conditions aux limites. Dans une deuxième partie, nous présentons une étude expérimentale, à l’issue de laquelle on constate que les profils de température expérimentaux sont en accord avec ceux du modèle dans la zone de colonne positive. / The study presented here enters the general problem of electric arc involved in industrial applications such as welding, cutting, waste treatment. This work constitutes the first numerical phase of modeling of this general study. The plasma is described by a set of fluid conservation equations, electromagnetic equations complemented by suitable thermodynamic and transport properties, forming a strongly coupled non-linear system. These equations are written assuming local thermodynamic equilibrium, a cylindrical symmetry and steady laminar flow. This system of equations is solved using commercial software FLUENT CFD-type based on finite volume algorithm. To use the solver part we solved our model using UDF macro Users-Defined-Function. In the first part, we present the validation of the two dimensional model in and 100 A in argon with the literature results. A detailed analysis of various characteristic quantities is presented. This comparison reveals a good agreement of the temperature profiles in the column plasma and differences in electrode areas due to boundary conditions. In a second part, we present an experimental study, the experimental temperature profiles are consistent with the model in the column area which means that the model is validated in the column of plasma.

Cette étude porte sur l'influence des nano-charges conductrices de noir de carbone sur le comportement mécanique de matériaux composites, dans le but d'intégrer la fonction du blindage électromagnétique. Ces travaux ont traité, dans un premier temps, du problème pratique de la réalisation d'un tel composite et notamment, de la diffusion de la résine chargée lors de la mise en oeuvre par des procédés classiques par voie liquide (Infusion et RTM-Eco). La Première phase du travail est réalisé sur la résine chargée seule, dans le but de comprendre l'impact des nano-charges conductrices sur le comportement mécanique d'une résine thermodurcissable de type vinylester avant l'injection de cette résine dans la préforme. Finalement une partie est consacrée à la caractérisation de composite à résine nanochargée en termes d'efficacité de blindage électromagnétique dans une gamme de fréquence allant de 10 MHz à 6 GHz. / This work is devoted to analyze carbon black nano-conductive fillers influence en the mechanical behavior of composite materials, in order to integrate of electromagnetic shielding function. In the first step the practical problem of the realization of such a composite is carried and in particular, the diffusion of the resin filled during the manufacturing by classic processes methods using liquid way (infusion and RTM-Eco). The second step of the work is realized on the resin filled, in order to understand the impact of dispersion of nano-carbon black fillers in the resin on the mechanical behavior of a thermosetting resin (vinyl ester type), before realized infiltration process of the filled resin in the preform. The final step is devoted to the electromagnetic shielding effectiveness characterization of composite-nanofilled resin in a frequency range from 10 MHz to 6 Ghz.

Partant de la sociologie d'innovation, des organisations et d'attentes et en se basant sur une démarche empirique d'enquête (plus de 30 entretiens conduits durant 2010-2013 en France), la première partie de cette thèse traite de la variété des acteurs de l'électromobilité et de l'abondance combinatoire des possibilités relationnelles. Elle procède à une analyse historique, théorique et systémique, afin de recenser et établir une typologie des acteurs potentiellement concernés par son développement, d'évaluer leur position stratégique et leur inclinaison envers l'électromobilité, leurs intérêts et facteurs de résistance potentiels. Enfin, le croisement du caractère offensif ou défensif de la stratégie propre à chaque acteur avec le degré variable de maturation de celle-ci a permis de préciser les ressorts de l'adhésion au système d'électromobilité et les conditions d'évolution de celui-ci. La thèse met un accent particulier sur la nécessité de maîtriser la zone d'incertitude la plus majeure du système qui est la recharge. Les ambiguïtés et les difficultés d'installation d'équipements de recharge révèlent une certaine réticence de la société. Combler les lacunes, surtout celles particulières à la recharge privée, mérite une attention collective des constructeurs, opérateurs immobiliers et fournisseurs d'équipements de recharge, ainsi qu'une concentration particulière des efforts publics et ce, à tous les niveaux réglementaire, financier et surtout organisationnel. Cela devrait permettre de raccourcir le décalage qui se manifeste aujourd'hui entre la mise sur le marché des véhicules et la disponibilité des infrastructures de recharge, qui pénalise le démarrage du système en constituant un grand blocage psychologique pour ses usagers potentiels. Dans un deuxième temps, est explorée l'électromobilité dans un cadre systémique éclaircissant les relations d'interdépendance entre mobilité et territoire. En effet, chaque territoire définit son système de mobilité en fonction de ses caractéristiques intrinsèques telles que sa géographie, sa composition démographique et socioéconomique et les autorités territoriales jouent un rôle crucial dans sa mise en œuvre et assurent son bon fonctionnement. Ainsi dans le cadre d'une étude de cas, le diagnostic socio-économique du territoire de Paris-Saclay, suivi par l'analyse de son système de mobilité, permettent de dégager l'avenir possible du territoire en matière de transport, au vu de la dynamique générale créée par le projet de Grand Paris Express. Une fois que l'image future du système de mobilité du territoire est dessinée, la place de l'électromobilité dans ce futur système et le degré de réceptivité du territoire de Paris-Saclay est discutée. L'évaluation du potentiel d'équipement en VE en tant que voiture particulière montre que le territoire de Paris-Saclay constitue un terrain favorable : de par l'adaptation du VE à leur comportement d'auto mobilité et par l'accès à la recharge, 37% des ménages motorisés du territoire sont susceptibles de s'équiper d'un VE (contre 20,5% en IDF). Enfin, la France est le pays où toutes les conditions d'émergence de l'électromobilité se réunissent. Son électricité issue du nucléaire permet d'espérer un bilan carbone très promoteur pour le VE. Les deux constructeurs historiques du pays sont parmi les premiers de l'industrie d'automobile à proposer les modèles électriques de la nouvelle génération. Le déploiement massif des infrastructures de recharge divise. L'éventail des suites à donner est large, allant de l'abandon total de l'électromobilité par peur qu'elle devienne un gouffre financier jusqu'au renforcement des mesures de soutien dans l'espérance de favoriser la dynamique créée. Parmi les options, on soutient une politique de territorialisation du déploiement de l'électromobilité à définir sur la base d'une connaissance approfondie du territoire et de son système de mobilité / Over the past few years, socioeconomic and political developments, environmental and energy concerns, and ongoing technological progress nourish the prospect of substituting conventional gasoline cars with upcoming electric alternatives. A real success of the electric vehicle (EV) has become increasingly conceivable but is still subject to a certain number of conditions. Electromobility differs from the currently prevailing form of automobility mainly due to a larger range of the involved stakeholders, and a stronger dependence on the territory where the system is to evolve. These differences motivate the present doctoral research studying the emergence of electromobility in France from two major points of view: the stakeholders' organization and the territory's adaptation. Adopting a historical and empirical approach, the first part of this thesis discusses the results of over 30 interviews conducted with representatives of potential electromobility stakeholders that are likely to have a major influence on the developing electromobility system in France. It deals with the large variety of potential actors and their possible relationships by following a systematic and sociological approach. The applied methodology allows to detail and characterize the actors and to evaluate their likely strategies as well as their inclinations towards electromobility conveyed by various motives of interests and factors of resistance. Analyzing the probable forms of interdependence between the actors in the electromobility system also helps to highlight the lack of some essential links in the current system of actors. The second part of this thesis explores electromobility in a systematic framework in order to shed light on the interdependence between mobility and its territory. Indeed, each territory is endowed with a transportation system of its own on the basis of its diverse intrinsic characteristics. Local authorities have a crucial role to play in the process of deploying the system and of facilitating its functioning. This part of research therefore examines the potential for electromobility development at the local level: the semi-urbanized area of Paris-Saclay located within the Greater Paris area about 20 km southwest from its center serves as study area. The local transportation system's configuration and its dynamics including all relevant projects that will partially or integrally influence the area are discussed. The prospective analysis takes into account a wide range of considerations and potential determinants so as to render the assessment as realistic as possible. The study's findings shed light on the initial phase of the electromobility system's emergence while highlighting the flaws and complexities that hinder its future development. By these means, this research provides decision aid for policymakers and others stakeholders that are potentially involved in the electromobility system's deployment in France

Le nombre grandissant de véhicules électriques implique une grande quantité d’accumulateurs devant être alimentés par le réseau électrique. Le principe d’échange d’énergie véhicule-réseau (V2G) permet des transferts énergétiques bidirectionnels entre le réseau et les véhicules électriques. Il est ainsi possible de compter sur ces accumulateurs pour alimenter le réseau. Le chargeur intégré assure l’interface entre le réseau et ces accumulateurs. Son rendement constitue un élément majeur de la viabilité du principe V2G. Son caractère mobile est tout aussi important puisque cet appareil est intégré au véhicule. Les semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC) présentent une percée substantielle pour atteindre le rendement et la densité énergétiques nécessaires pour un tel convertisseur. Les impacts de l’utilisation du SiC dans la conception et la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel seront démontrés dans ce mémoire. La topologie du convertisseur est initialement déterminée puis dimensionnée pour les paramètres de l’étude, soit en tension et puissance. Les simulations du convertisseur exposent les différences entre une solution n’utilisant que des composants au SiC à une seconde n’utilisant que des composant au silicium (Si) traditionnellement utilisés. Une dernière solution combinant les deux types de composant a aussi été évaluée. Finalement, la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel prototype démontre des phénomènes distincts entre les solutions exposant l’impact des semi-conducteurs au carbure de silicium sur le rendement du convertisseur bidirectionnel.

Ce travail concerne l’étude de la salinisation des eaux souterraines de la région côtière du Sahel- Doukkala. Afin de compléter la compréhension du comportement global de ce système aquifère, une approche pluridisciplinaire a été choisie. Dans un premier temps, une étude statistique des paramètres climatiques de la région a montré une hausse significative de la température et des fluctuations des précipitations annuelles dans la région du Sahel-Doukkala au cours des dernières années. L’étude statistique des sondages électriques verticaux réalisés en 1992 dans la région du Sahel Doukkala (analyse en composantes principales et classification hiérarchique ascendante), nous a permis de bien mettre en évidence la cartographie géoélectrique de la région d’étude (la distribution spatiale des différentes résistivités apparentes de ces sondages électriques verticaux) par ailleurs elle a permis de mettre en évidence une évolution des valeurs de résistivités apparentes par rapport à l’éloignement de ces sondages électriques à la mer. A l’issue de cette étude on a proposé d’inverser des données de sondages électriques de la ligne W18 au moyen d’une méthode d’optimisation fondée sur des algorithmes globaux tels que les essaims particulaires (PSO) ; ceci a permis d’estimer, le long d’un profil représentatif perpendiculaire à la côte, la position du biseau d’eau salée. Cette méthode d’optimisation permet d'avoir une distribution statistique des paramètres des modèles électriques (distributions des épaisseurs et des résistivités réelles des terrains) conditionnellement aux données des SEV. L’analyse des paramètres physico-chimiques mesurés et enregistrés dans la région du Sahel- Doukkala, a permis de caractériser la salinité des eaux souterraines et, une description détaillée du fonctionnement de l’aquifère côtier est proposée à partir de la comparaison de l’évolution de la conductivité, de la température et de la hauteur de l’eau par rapport à la marée dans quelque puits ; ces paramètres ont été enregistrés dans un puits localisé à proximité de la ligne 18W (domaine particulier sur lequel l’étude a été concentrée). En conclusion, ce travail apporte un point de vue nouveau sur la salinisation des eaux souterraines de la région du Sahel-Doukkala et a permis de proposer un modèle d’étude qui aide à la caractérisation de la salinité des eaux dans un aquifère côtier. / Abstract

Cette thèse portait sur la caractérisation électrique et optique de nouveaux matériaux à base d'alliages III-N pour l’optoélectronique et la mise en œuvre de procédés de réalisation des contacts ohmiques et Schottky sur ces alliages. Le premier volet de cette thèse de concernait la maîtrise des contacts métalliques, particulièrement délicate dans le cas de ces matériaux à large bande interdite où il faut optimiser les prétraitements de surface, la métallisation multicouches et les procédés de recuit. Nous avons développé des procédés à relativement basse température (entre 200°C et 500°C) et étudié l'influence du prétraitement chimique et des paramètres du recuit et on a pu trouver des conditions permettant d'obtenir des contacts Ti/Al avec une excellente ohmicité et des contacts Schottky Au et Pt avec des paramètres de conduction permettant de réaliser des dispositifs fonctionnels. Le second volet de cette thèse concernait l'étude des propriétés électroniques et structurales de l'alliage BGaN, nouveau matériau élaboré au laboratoire par MOVPE. La caractérisation électrique a montré pour la première fois une augmentation drastique de la résistivité associée à une diminution de la concentration des porteurs libres lorsqu'on augmente la composition de bore dans BGaN. Grâce à des mesures de la résistivité du BGaN en fonction de la température et en utilisant un modèle qui prend en compte l'ensemble des interactions, cette augmentation de la résistivité a été discutée et interprétée en terme de compensation des dopants résiduels. En outre une très intéressante corrélation a pu être effectuée avec les résultats de la spectroscopie Raman via le couplage phonon-plasmon / This thesis work concerns the electrical and optical characterization of new III-N nitride alloys for optoelectronics and the optimization of ohmic and Schottky contacts on these materials. The first part of this thesis was related to the realization of metallic contacts, particularly difficult for these high bandgap materials, by the optimization of the surface treatment, multi-layer metallization and thermal annealing. We developed annealing processes at relatively low temperature (between 200°C and 500°C) and studied the effect of the chemical treatment and annealing in order to find the optimal conditions for ohmic contacts. We obtained for instance Ti/Al contacts with an excellent ohmicity and used Pt to process Schottky functional diodes. The second part of this thesis was related to the study of the electronic and structural properties of the new BGaN alloy grown by MOVPE in our laboratory. The electric characterization showed for the first time a dramatic increase in the resistivity associated to the decrease of the free carriers’ concentration when the composition of boron in BGaN increases. The variation of the resistivity in BGaN with respect to the temperature was analyzed by using a theoretical model which takes into account the free carriers’ interaction with impurities and phonons and the variation of resistivity with boron in BGaN was discussed in this framework and linked to a compensation phenomenon of the residual dopants. On the other hand a very interesting correlation was carried out between Raman and electrical results through the phonon-plasmon coupling