Ce travail est une analyse de la structure des panaches Électrohydrodynamiques plans également appelés jets Électrohydrodynamiques en géométrie plane. Il a pour objectif de proposer une description la plus précise possible de l'écoulement, d'apporter une meilleure compréhension des phénomènes physiques notamment à l'aide de modèles simples et de quantifier la force électrique. Le chapitre I est une étude bibliographique qui propose un résumé des principales connaissances sur la structure de deux écoulements très similaires aux jets EHD : les jets classiques et les panaches thermiques. Le chapitre II est consacré à la présentation du montage expérimental, ainsi qu'à la méthodologie expérimentale utilisée dans cette étude. La qualité des mesures obtenues grâce à la méthode de vélocimétrie par images de particule y est discutée ; les problèmes de non corrélation, de convergence statistique des résultats y sont par exemple abordés. L'analyse des champs de vitesse permet de mettre en évidence la structure des panaches et de proposer une classification des jets EHD. Le chapitre III est consacré à l'étude de la force électrique dans les panaches EHD. L'actionneur utilisé pour produire le jet plan est de type lame-plan. Trois méthodes indirectes ont été utilisées pour estimer la force à partir du champ de vitesse. La première méthode appelée méthode intégrale classique calcule la force par intégration volumique de l'équation de Navier-Stokes. La deuxième méthode appelée méthode RANS intégrale estime la force à partir de chacun des termes de l'équation RANS en utilisant une décomposition de la vitesse en valeur moyenne et fluctuation. Enfin, la force est également calculée selon une troisième méthode basée sur une modélisation simplifiée de l'écoulement inspirée des travaux de Malraison et Atten. Dans le dernier chapitre, l'étude est étendue à un écoulement électroconvectif de type jet de paroi électrique. Il est généré par un actionneur à barrière diélectrique. L'étude est faite avec deux types des liquides diélectriques différents. Comme pour le jet plan, l'analyse des champs de vitesse permet de définir les structures de l'écoulement mais également de calculer l'intensité de la force produite. / This work is related to the analysis of the structure of electrohydrodynamic plane plumes also called electrohydrodynamic jets in plane geometry. The aim of this work is to provide a more precise description and a better understanding of its physical phenomenon and to quantify the electric force using the simple models. Chapter I is a literature review which provides a summary of two flows with the structure very similar to EHD jets: classic jets and thermal plumes. Chapter II is devoted to the presentation of the experimental setup and method used in this study. The quality of the measurements obtained by the method of Particle Image Velocimetry is discussed; problems of non correlation and statistical convergence of the results are also discussed. The analysis of velocity fields allows us to identify the structure and propose a classification of the EHD plumes. Chapter III is devoted to the study of the electric force in the EHD plumes. The actuator used to produce the plane jet is a blade plane device. Three indirect methods were used to estimate the force from the velocity field. The first classical method called integral method calculates the force by volumetric integration of Navier-Stokes equations. The second method called RANS integral method estimates the force from each term of RANS equation using the average and fluctuating velocity components. Finally, the force is also calculated using a third approach with a simplified flow model based on the work of Malraison and Atten. In the last chapter, the study is extended to one type of électroconvectif flow: the electrical wall jet. It is generated by a dielectric barrier actuator. The study is carried out with two different dielectric liquids. As is the case with plane jet, the analysis of velocity fields is used to define the flow structures and calculate the force produced.

State estimation is an important tool for power system monitoring and the present study involves integrating phasor measurement units in the state estimation process. Based on measurements taken throughout the network, the role of a state estimator is to estimate the state variables of the power system while checking that these estimates are consistent with the measurement set. In the case of power system state estimation, the state variables are the voltage phasors at each network bus.\\<p><p>The classical state estimator currently used is based on SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) measurements. Weaknesses of the SCADA measurement system are the asynchronicity of the measurements, which introduce errors in the state estimation results during dynamic events on the electrical network.\\<p><p>Wide-area monitoring systems, consisting of a network of Phasor Measurement Units (PMU) provide synchronized phasor measurements, which give an accurate snapshot of the monitored part of the network at a given time. The objective of this thesis is to integrate PMU measurements in the state estimator. The proposed state estimators use PMU measurements exclusively, or both classical and PMU measurements.\\ <p><p>State estimation is particularly useful to filter out measurement noise, detect and eliminate bad data. A sensitivity analysis to measurement errors is carried out for a state estimator using only PMU measurements and a classical state estimator. Measurement errors considered are Gaussian noise, systematic errors and asynchronicity errors. Constraints such as zero injection buses are also integrated in the state estimator. Bad data detection and elimination can be done before the state estimation, as in pre-estimation methods, or after, as in post-estimation methods. For pre-estimation methods, consistency tests are used. Another proposed method is validation of classical measurements by PMU measurements. Post-estimation is applied to a measurement set which has asynchronicity errors. Detection of a systematic error on one measurement in the presence of Gaussian noise is also analysed. \\<p><p>The state estimation problem can only be solved if the measurements are well distributed over the network and make the network observable. Observability is crucial when trying to solve the state estimation problem. A PMU placement method based on metaheuristics is proposed and compared to an integer programming method. The PMU placement depends on the chosen objective. A given PMU placement can provide full observability or redundancy. The PMU configuration can also take into account the zero injection nodes which further reduce the number of PMUs needed to observe the network. Finally, a method is proposed to determine the order of the PMU placement to gradually extend the observable island. \\<p><p>State estimation errors can be caused by erroneous line parameter or bad calibration of the measurement transformers. The problem in both cases is to filter out the measurement noise when estimating the line parameters or calibration coefficients and state variables. The proposed method uses many measurement samples which are all integrated in an augmented state estimator which estimates the voltage phasors and the additional parameters or calibration coefficients. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les systèmes électriques évoluent actuellement vers l'intégration d'une production moins carbonée, éventuellement plus locale. Afin d’explorer les évolutions possibles de ces systèmes sur le long terme, l’exercice prospectif s’appuyant sur des modèles est un outil précieux. Cependant, pour être pertinent, il doit réconcilier des phénomènes spatiaux et temporels à des échelles variées. Ainsi, le fonctionnement du système électrique repose sur un équilibre offre – demande à chaque instant. Afin de corriger les fluctuations de la production ou de la consommation qui surviennent nécessairement, les gestionnaires de réseau mettent en place un certain nombre de régulations dont les durées d’activation sont de l’ordre de quelques secondes à quelques heures. A des échelles de temps encore plus fines le système électrique présente une robustesse interne : le réseau électrique créé un couplage électromagnétique entre les machines synchrones qui leur permet de mutualiser leur inertie respective. Cette inertie, qui constitue une réserve d’énergie cinétique, est instantanément disponible pour faire face aux fluctuations. Pour que les scénarios de long terme proposés ne soient pas en contradiction avec les exigences de robustesse du système électrique, qui permettront son opération, il est nécessaire que l’évaluation de cette robustesse soit intégrée à la modélisation prospective. Dans ce travail, nous proposons un indicateur, calculable au sein des études de prospective, qui évalue la stabilité d’un système électrique, c’est- à-dire son aptitude à revenir au synchronisme suite à une perturbation. Cet indicateur repose sur une description agrégée du réseau de transport et traduit le couplage électromagnétique apporté par le réseau. Associé au modèle bottom-up de la famille MARKAL/TIMES décrivant le système électrique français, cet indicateur de synchronisme et un indicateur quantifiant la réserve cinétique disponible, nous permet d’évaluer les conséquences de la pénétration du renouvelable, notamment sur la robustesse du système électrique. / Power systems are currently facing several issues in order to evolve and integrate less carbon-heavy, and potentially more local, production. Prospective model-based analysis is a precious tool for exploring the possible long-term developments of these systems and comparing their advantages and disadvantages. However, to ensure relevance, it is important to reconcile the spatial and temporal phenomena that occur at various scales. Power system management depends on constantly maintaining a complex supply- demand balance. Meeting this challenge requires anticipating demand variations and power plant availability, combined with regulation systems to resolve remaining discrepancies. These regulations are activated in from a few seconds up to several hours. On shorter timescales, power systems show inherent robustness: the power grid creates an electromagnetic coupling between synchronous machines allowing them to share their inertia. This inertia, which takes the form of kinetic energy, is instantaneously available to face natural demand or supply fluctuations. To ensure that proposed long-term scenarios are consistent with the robustness requirements of power systems, which enable their management, this robustness must be assessed using prospective modeling. In this work, we propose an indicator, calculable within prospective studies, which assesses power system stability, namely its ability to return to synchronism after a perturbation. This indicator is based on an aggregated description of the transportation power grid and describes the electromagnetic coupling brought by the power grid. When combined with a bottom-up model from the MARKAL/TIMES family describing the French power system, this synchronism indicator, along with another indicator quantifying the available kinetic reserve, enables us to assess the consequences of renewable penetration, especially in terms of power system robustness.

Les préoccupations environnementales croissantes et la raréfaction des énergies fossiles amènent les constructeurs automobiles à proposer des véhicules efficients hybridant des chaînes de traction conventionnelles. Ces travaux de recherche sont focalisés sur l'hybridation thermique/électrique. Ils présentent une méthodologie de conception optimale pour identifier des voies de progrès et orienter la définition de futures chaînes de traction à haut rendement énergétique. Ils sont basés sur une démarche d'ingénierie systémique qui s'appuie sur trois principaux leviers: l'architecture de la chaîne de traction, la stratégie de gestion énergétique et la définition des organes électriques de puissance. Différentes architectures de chaînes de traction hybrides électriques sont comparées en se basant sur la consommation minimale atteignable par chacune d'entre elles sur cycles automobiles. Pour déterminer ces seuils de consommation, une stratégie de commande optimale basée sur un algorithme de programmation dynamique est développée. Les résultats montrent l'intérêt de l'hybridation parallèle pour concevoir une chaîne de traction efficiente.Les sollicitations des organes électriques de puissance sont déterminées et analysées pour en spécifier le dimensionnement optimal. Deux structures de machines électriques ont été modélisées par réseaux de réluctances pour établir des cartographies de pertes et comparer la performance en émissions de CO2 du véhicule. Cette approche permet d'identifier des axes d'améliorations et on montre qu'une solution de type alterno-démarreur permettrait des gains d'environ 33% en émissions de CO2 par rapport au véhicule conventionnel. / On-going oil stock depletion and growing environmental concerns lead automakers to develop more efficient powertrains. Today, one of the most promising way forward consists in research on hybrid systems. The present work is focused on thermal/electric hybridization for HEV vehicle and presents an optimal methodology to identify key guidelines and design efficient systems. Defining the most promising efficient powertrain requires a systemic design which is based in this study on three main levers : powertrain architecture, energy management and electric components design. Different powertrains architectures are compared to the lowest fuel consumption that can be reached by each powertrain for a given driving cycle. Their optimal energetic performances are determined by using optimal control strategies and dynamic programming. The simulations results show that the most promising hybrid powertrain is the parallel one. At each step of time of the drivings cycles, the parallel hybrid powertrain behavior is more closely analyzed so as to provide technical specifications for an optimal sizing of the electric components. It points out the operating point and the driving cycles for which the electric machine has to be optimized. Two electric machines topologies derived from a starter-alternator architecture, are modeled by using reluctance network to provide losses map and compare CO2 saving of the vehicle. This approach has both identified areas for powertrain architecture improvement and components design optimization to achieve a better global efficiency of the system. It is shown that a starter-alternator could provide 33% of CO2 saving compared to a conventional car.

Les pontages aorto-coronaires sont réalisés afin d’assurer une reperfusion myocardique. Un modèle de circulation coronaire serait utile pour prédire les effets des interventions pharmacologiques et pathophysiologiques en particulier les pontages coronaires. Dans ce travail, nous étudions des patients avec des sténoses coronaires sévères. Nous avons créé un modèle basé sur l’analogie hydraulique/électrique qui décrit le système artériel coronaire mathématiquement. Les simulations permettant de calculer les pressions et les flux dans les artères natives sténosées, les branches collatérales et les capillaires. Dans notre modèle biomécanique, les capillaires sont représentés par leur résistance hydraulique ; la résolution des équations de mécanique des fluides dans un tel réseau est complexe raison pour laquelle nous avons utilisé un modèle électrique. Dans ce modèle, chaque segment d’artère coronaire est représenté par un modèle de circuit analogue avec une résistance R, une capacitance C et une inductance L. Notre système artériel coronaire a été modélisé en présence de pontages. Dans cette analogie hydraulique/électrique, les pressions et les flux correspondent au voltage électrique et au courant. L’imagerie diagnostique seule est insuffisante pour prédire les résultats d’un traitement donné pour un patient unique de par ses lésions. La notion de Pw (pression distale à la thrombose) est proportionnelle au flux collatéral dans cette région. Un index basé sur des mesures de pression a été proposé par Pijls afin de déterminer la significativité fonctionnelle de la collatéralité et de faciliter la prise de décision chez les patients avec une collatéralité équivoque. Cet index est nommé Collateral Flow Index (CFI). Toutefois, la relation entre le flux collatéral et la valeur de Pw n’est pas aussi simple en particulier lorsqu’il s’agit de vaisseaux multisténosés. Nous avons donc développé un CFI modifié et démontré que le nouvel index de pression du flux collatéral est plus sensible aux variations des pressions distales aux thromboses, Pw, pouvant ainsi décrire le rôle du flux collatéral plus précisément. De plus, ce nouvel index reflète la balance entre deux chutes de pression : (Pw-Pv) correspondant au flux distal à la thrombose et (Pao-Pw) correspondant au flux collatéral. Nous avons également analysé les facteurs les plus importants qui déterminent la perfusion du territoire droit. Sept nouveaux patients ont également été étudiés. Le caractère temps-dépendant des résistances capillaires a été introduit afin de prendre en compte le collapsus des vaisseaux coronaires en systole dû à la contraction ventriculaire. Une des conclusions majeures est que la revascularisation complète est totalement justifiée chez nos patients. Enfin, la dernière partie a été consacrée à l’étude du Fractional Flow Reserve (FFR). Notre modèle est maintenant utilisé afin d’évaluer la fonctionnalité de la circulation coronaire après revascularisation. / Bypass grafting is performed to obtain myocardial reperfusion. Coronary artery diseases induce the development of a coronary collateral circulation. However, developed collaterals are a risk factor for restenosis. We study the case of severe coronary diseases. We proposed a model based on hydraulic/electric analogy. The simulations allow to know the pressures and flow rates with the hope that these computations will augment the surgeons experience. The reductions of the stenosed arteries were estimated from angiographic observations. Flow rates are measured with a flowmeter.In the biomechanical model of this coronary network, the capillaries are represented by their hydraulic resistances. Full resolution of the fluid mechanics equations in such a network is complicated, reason why we used an analog electrical model. In the electrical model, each segment of the coronary artery is simulated by an equivalent analog circuit model. Our coronary artery system was modeled in the presence of bypasses. In this hydraulic/electric analogy, pressure and flow rate correspond to electrical voltage and current. The so-called coronary wedge pressure Pw (pressure distal to the thrombosis) is proportional to collateral flow to this area. An index based on pressure measurements has been proposed. This index is called Collateral Flow Index (CFI). However, the relationship between the collateral flow and the Pw value is not simple. That’s why we developed another CFI and demonstrated that the proposed new pressure based index of collateral flow is more sensitive to the variations of the values of the pressure distal to the thrombosis and could thus describe the role of collateral flow. Moreover, this new index is likely to reflect the balance between the two pressure drops: (Pw- Pv) driving the flow distal to the thrombosis and (Pao- Pw), driving the collateral flow. We also studied the flow rate toward the right heart territory and demonstrated that the influence of capillary and collateral resistances cannot be analyzed separately. We also analysed the most important factors that determine the right territory perfusion using a mathematical analysis which confirmed that the CFI does not fully reflect the flow rate delivered to the occluded territory. In particular, the capillary and collateral resistances are demonstrated to have a major influence on the perfusion of the right occluded territory. Even if the CFI may be improved by a more appropriate combination of the measured pressure values, collateral flow and microvascular status determination in patients with three-vessel disease remains a challenge. Another part of this work integrated seven new patients. Simulated profiles of flow rates and pressures were obtained in case of fixed and variable resistances. The last part was dedicated to the study of the Fractional Flow Reserve. Our model is now used to evaluate the functionality of the coronary circulation after revascularization.

Les surfaces minérales auraient eu un rôle important dans la chimie prébiotique, grace à leurs propriétés catalytiques, tel que le champ électrique de surface. Dans ce travail, le champ électrique à la surface de MgO et à l'interface MgO/eau est étudié en utilisant la dynamique moléculaire ab-initio. Ce champ est local et intense, de l'ordre de V/Å, même lorque la surface est recouverte d'eau. Une réaction prébiotique modèle est ensuite étudiée, à la surface de MgO : une molécule de monoxide de carbone et une molécule d'eau, donnant une molécule d'acide formique. En utilisant la métadynamique, et sans connaissance des états de transition en amont, des chemins de réaction sont trouvés et leurs profils d 'énergie libre sont calculés à 5 kcal/mol près, avec l'aide d'un échantillonage dans l'espace des configurations par « umbrella sampling ». La présence de la surface minérale stabilise l'acide formique d'au moins 15 kcal/mol par-rapport au cas en solution sans surface. La même réaction a aussi été étudiée sous un champ électrique homogène de 0,3 V/Å, afin de comparer l'effet de ce champ à l'effet du champ de surface sur le paysage d'énergie libre. Le champ homogène stabilise aussi le produit, et l'acide formique se trouve orienté dans la direction du champ électrique de surface ainsi que dans le champ électrique homogène. Ce travail montre que les conditions proche d'une surface minérale, même sans adsorption directe, peut modifier considerablement le paysage d'énergie libre de réactions chimiques, ce qui pourrait avoir de l'importance en chimie prébiotique. / Mineral surfaces are thought to be of importance to prebiotic chemistry due to their catalytic properties, which include a strong electric field at the interface. In this work the electric field at the surface of MgO and at the interface of MgO and water is studied through ab-initio molecular dynamics. The spontaneous electric field from the surface is found to be local and intense, on the order of V/Å, even when completely covered with water. A model prebiotic reaction is then studied on the model MgO surface : carbon monoxide and water yielding formic acid. Using metadynamics, reaction pathways were found with no a priori knowledge of the transition states, and umbrella sampling was then used to compute free energy landscapes to about 5 kcal/mol accuracy. The presence of the mineral surface was found to stabilise formic acid by at least 15 kcal/mol compared to the bulk case. The reaction was also studied in solution with an applied electric field of 0.3 V/Å, in order to estimate to impact of the surface electric field on the free energy landscape. The field is also found to stabilise the product, and formic acid is found to have a preferred orientation in the direction of both the applied electric field and the surface electric field. This work shows that near surface conditions (without direct adsorption) can significantly alter the free energy landscapes of chemical reactions, in a way which could be of importance for prebiotic chemistry.

L'objectif de cette thèse est la gestion et le dimensionnement optimaux d'un Système de Stockage d'Énergie (SSE) couplé à une production d'électricité issue d'Énergies Renouvelables Intermittentes (EnRI). Dans un premier temps, un modèle technico-économique du système SSE-EnRI est développé, associé à trois scénarios types d'injection de puissance au réseau électrique : lissage horaire basé sur la prévision J-1 (S1), puissance garantie (S2) et combiné (S3). Ce modèle est traduit sous la forme d'un programme d'optimisation non linéaire de grande taille. Dans un deuxième temps, les stratégies heuristiques élaborées conduisent à une gestion optimisée - selon les critères de fiabilité, de productivité, d'efficacité et de profitabilité du système - de la production d'énergie avec stockage, appelée “charge adaptative” (CA). Comparée à un modèle linéaire mixte en nombres entiers (MILP), cette gestion optimisée, applicable en conditions opérationnelles, conduit rapidement à des résultats proches de l'optimum. Enfin, la charge adaptative est utilisée dans le dimensionnement optimisé du SSE - pour chacune des trois sources : éolien, houle, solaire (PV). La capacité minimale permettant de respecter le scénario avec un taux de défaillance et des tarifs de revente de l'énergie viables ainsi que les énergies conformes, perdues, manquantes correspondantes sont déterminées. Une analyse de sensibilité est menée montrant l'importance des rendements, de la qualité de prévision ainsi que la forte influence de l'hybridation des sources sur le dimensionnement technico-économique du SSE. / This thesis aims at presenting an optimal management and sizing of an Energy Storage System (ESS) paired up with Intermittent Renewable Energy Sources (IReN). Firstly, wedeveloped a technico-economic model of the system which is associated with three typical scenarios of utility grid power supply: hourly smoothing based on a one-day-ahead forecast (S1), guaranteed power supply (S2) and combined scenarios (S3). This model takes the form of a large-scale non-linear optimization program. Secondly, four heuristic strategies are assessed and lead to an optimized management of the power output with storage according to the reliability, productivity, efficiency and profitability criteria. This ESS optimized management is called “Adaptive Storage Operation” (ASO). When compared to a mixed integer linear program (MILP), this optimized operation that is practicable under operational conditions gives rapidly near-optimal results. Finally, we use the ASO in ESS optimal sizing for each renewable energy: wind, wave and solar (PV). We determine the minimal sizing that complies with each scenario, by inferring the failure rate, the viable feed-in tariff of the energy, and the corresponding compliant, lost or missing energies. We also perform sensitivity analysis which highlights the importance of the ESS efficiency and of the forecasting accuracy and the strong influence of the hybridization of renewables on ESS technico-economic sizing.

La microrobotique est un domaine de recherche en croissance rapide et les microsystèmes sont très demandés par un large éventail de notre vie. Aujourd’hui, des solutions d'automatisation massive sont déjà disponibles pour la production en série des microsystèmes, tandis que la production de petites quantités s'appuie principalement sur des processus manuels en l'absence de système de micro-manipulation flexible. Un processus manuel impose des contraintes à la productivité et la précision, ce qui accroît les difficultés pour les petites et moyennes entreprises à conquérir leur place sur le marché international. Dans ce contexte, la société pionnière pour la microrobotique Percipio Robotics a proposé une plate-forme cobotique Chronogrip, qui vise à gérer la micro-manipulation flexible. Toutefois, la solution n'est pas encore complète et il y a trois principaux défis à résoudre :• la dynamique de l'actionneur piézo-électrique stick-slip n'est pas entièrement comprise, ce qui retarde le développement des stratégies de suivi de trajectoire;• les interfaces haptiques ont peu de bande passante en raison des propriétés mécaniques, par conséquent il n'y a aucune option disponible qui soit capable de reproduire des informations haptiques de haute dynamique depuis le micromonde;• pour la micro-manipulation à la pince dans l'horlogerie, aucune interface haptique existante n'est en mesure d'assurer un fonctionnement intuitif et efficace.L’objectif de la thèse consiste à répondre à ces trois défis. La première partie de la thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle dynamique non linéaire de l'actionneur piézo-électrique stick-slip. Le résultat montre qu'il est le premier modèle dynamique qui puisse décrire la dynamique de l'actionneur dans des domaines temporels et fréquentiels, pour les fonctionnements en sous-pas et en grand déplacement, et à la fois pour les directions vers l'avant et l’arrière. La deuxième partie de la thèse est consacrée à développer une méthode pour étendre la bande passante d’une interface haptique en double étage en utilisant la technique de signal crossover. Le résultat montre que la bande passante est uniformément étendue à 1 kHz, ce qui rend possible la reproduction des phénomènes de haute dynamique depuis le micromonde. La troisième partie de la thèse vise à concevoir une interface haptique intuitive dédiée aux opérations d’horlogerie à la pince. Le design est également compatible avec l'utilisation conventionnelle d’une pince. Il est prévu d'intégrer tous les résultats de ces trois sujets de recherches dans la plate-forme de cobotique Chronogrip afin d’améliorer la productivité et l'efficacité de la micro-manipulation. / Microrobotics is a fast growing field of research and microsystems are in high demand from across a wide spectrum of our life. Nowadays, mass automation solutions are already available for large batch production of microsystems, while small batch production mainly relies on handmade processes due to the lack of flexible micro-manipulation system. Handmade processes have limited productivity and accuracy, which makes it more and more difficult for small and medium-sized enterprises to conquer their place on the international market. Under such circumstances, pioneer microrobotics company Percipio Robotics has proposed a desktop cobotic platform, Chronogrip, which aims to handle flexible micro-manipulation. However, the solution is not yet complete and there are three main challenges to resolve:• the dynamics of the piezoelectric stick-slip actuator is not fully understood, which delays the development of trajectory tracking strategies;• existing haptic interfaces have limited bandwidth due to their mechanical properties, consequently there is no available option that is able to render high dynamic haptic information from the microworld;• for tweezers-based micro-manipulation in watchmaking process, no existing haptic interface is able to provide intuitive and effective operation.The objective of thesis is to address these three issues. The first part of the thesis is dedicated to the development of nonlinear dynamic model of the piezoelectric stick-slip actuator. The result shows that it is the first dynamic model which can describe the actuator dynamics in time and frequency domain, for stepping and scanning mode, and for both forward and backward motion. The second part of the thesis is devoted to develop a method to extend the bandwidth of dual-stage haptic interface by using the signal crossover technique. The result shows that the bandwidth is uniformly extended to 1 kHz, which makes it possible to reproduce high dynamic phenomena from the microworld. The third part of the thesis aims to design an intuitive haptic interface for tweezers-based watchmaking operations. The design is also compatible with conventional tweezers-based usage. It is expected to integrate all of the three research results into the cobotic platform Chronogrip to enhance the productivity and effectiveness of micro-manipulation.

Le territoire burkinabè est constitué à plus de 80% de formations de socle. Ces formations renferment des ressources en eau souterraine qui constitue la seule source en eau potable de certaines populations. Cependant, le quart des forages réalisés en vue d’exploiter ces eaux sont négatifs. Une bonne compréhension du fonctionnement hydrogéologique et hydrodynamique des aquifères de socle qui sont très hétérogènes peut aider à résoudre ce problème. L’objectif de la thèse est de proposer un modèle conceptuel hydrogéologique en milieu de socle fracturé soudano-sahélien en combinant différentes méthodes hydrogéophysiques et hydrogéologiques classiques. Le site expérimental de Sanon (environ 14 km2) a été choisi comme site d’étude en raison de sa géologie qui est représentative de certaines formations de socle de l’Afrique de l’Ouest. Les résultats indiquent que le profil d’altération de Sanon est cohérent avec d'autres modèles proposés ces dernières années, suggérant que la conductivité hydraulique des aquifères de socle est une conséquence des processus d'altération plutôt que de la fracturation tectonique. Concernant les propriétés hydrodynamiques, une corrélation linéaire positive d’environ 80% a été obtenue entre les transmissivités et les paramètres RMP. La présence d’un dôme piézométrique dans la vallée centrale a été observée en toute saison. La recharge se fait directement au niveau de ce dôme piézométrique (11 et 13% de la pluie annuelle) et l’alimentation des zones périphériques se ferait plutôt par des transferts latéraux. L’ensemble des informations géologiques et hydrogéologiques a permis de faire une simulation numérique qui reproduit l’écoulement observé. / More than 80% of Burkina Faso subsoil is composed of hard rocks. These hard rocks contain ground water resources which are the only drinking water for some people. Yet, the quarter of the boreholes drilled to exploit these waters are negative. A good understanding of the hydrogeological and hydrodynamic functioning of hard rock aquifers which are very heterogeneous can help to solve that problem. The objective of the thesis is to propose a hydrogeological conceptual model of hard rock aquifer under Sudano-Sahelian climate by combining different hydrogeophysical and hydrogeological methods. The Sanon experimental site (14 km² catchment area) was chosen as the study site because of its geology, which is representative of some hard rocks in West Africa. The results show that Sanon weathering profile model is consistent with other models proposed in recent years, suggesting that the hydraulic conductivity of hard rock aquifers is a consequence of weathering processes, rather than tectonic fracturing. Concerning hydrodynamic properties, a positive linear correlation of about 80% was obtained between the transmissivities and the MRS parameters. The presence of a piezometric dome in the central valley on all the piezometric maps produced in both low and high waters was observed. As for recharging, it is done directly in the zone of the piezometric dome (between 11 and 13% of annual rainfall) and the feeding of the peripheral zones would be rather by lateral transfers. The set of geological and hydrogeological data allowed the performance of a numerical simulation in steady state which reproduces well the observed flow.

La (Pcdh15) est localisée dans les touffes ciliaires des cellules ciliées internes et externes de la cochlée. Elle forme des liens interstéréociliaires entre les différents stéréocils, des protrusions riches en actine qui forment ensemble la touffe ciliaire. L’absence de Pcdh15 entraîne la désorganisation des touffes ciliaires et la perte de la mécanotransduction auditive. Pcdh15 forme en effet la partie basse du lien de bout de cil (en anglais tip-link), le lien contrôlant l’ouverture du canal de transduction, qui se situe au point d’insertion inferieur de ce lien. Il existe trois isoformes de Pcdh15 (CD1, CD2 et CD3). J’ai étudié la distribution de ces isoformes dans la touffe ciliaire à différents stades de sa maturation. Différents modèles murins « KO conditionnel » ont été générés, ils m’ont permis d’analyser les conséquences de l’absence de chacune des isoformes individuellement, ainsi que celles de l’absence de Pcdh15-CD2 et Pcdh15-CD3, et celles de l’absence simultanée des trois isoformes. J’ai ainsi pu conclure que Pcdh15-CD2 est la seule isoforme essentielle pour la formation des tip-links dans les cellules ciliées matures. Dans les touffes ciliaires matures, Pcdh15 joue également un rôle dans l’interaction entre les touffes ciliaires et la membrane tectoriale, dans le contrôle de la taille des stéréocils, et dans la formation des liens interstéréociliaires apicaux. Pour ces fonctions, mais pas pour la formation du tip-link, Pcdh15-CD1 et Pcdh15-CD2 (les isoformes présentes dans la touffe ciliaire mature) sont redondantes. Cependant, Pcdh15-CD1 ne peut compenser que partiellement l’absence de Pcdh15-CD2 et Pcdh15-CD3. Pour étudier comment Pcdh15 interagit avec les autres protéines impliquées dans le syndrome de Usher, les interactions avec l’harmonine et la whirline (deux protéines d’échafaudage qui sont colocalisées avec Pcdh15 à l’apex des stéréocils) ont été analysées in vitro. / Protocadherin-15 (Pcdh15 is located in the stereociliary hair bundles of inner and outer hair cells (IHCs and OHCs) of the cochlea, where it forms fibrous links between different stereocilia. Absence of Pcdh15 leads to deafness due to the disorganization of hair bundles and absence of mechano-electrical transduction. The latter is explained as Pcdh15 forms the lower component of the tip-link, that gate hair cell mechano-electrical transduction channels. There are three different splice isoforms of Pcdh15 (CD1, CD2 and CD3), I studied their distribution in the developing and mature auditory hair cells. Different conditional Pcdh15 knockout mouse models were generated, permitting analysis of the absence of each of the different Pcdh15 isoforms individually, of the combined absence of Pcdh15-CD2 and Pcdh15-CD3, and of the absence of all isoforms. I was able to conclude that Pcdh15-CD2 is essential for the formation of tip-links in mature hair cells. In mature hair bundles Pcdh15 also plays a role in the coupling of the hair bundles to the tectorial membrane, in the control of the size of the stereocilia, and in the formation of apical links between stereocilia. The different Pcdh15 isoforms present in mature hair bundles (Pcdh15-CD1 and Pcdh15-CD2) are functionally redundant for these functions, but not for tip-link formation. In immature hair bundles, the different Pcdh15 isoforms are functionally redundant, although Pcdh15-CD1 can only partially compensate the absence of Pcdh15-CD2 and Pcdh15-CD3. To discover how Pcdh15 interacts with other proteins implicated in Usher syndrome, interactions with harmonin and whirlin were analyzed by biophysical techniques.