Le but principal de ce travail de recherche est de mettre en évidence la présence des atomes neutres d'hydrogène au niveau de la cathode et d'évaluer leur rôle dans le processus de transfert d'énergie à la cathode pour une décharge d'arc à courant continu. Ces atomes sont acheminés vers la cathode sous forme de flux d'atomes entraînés suite à un processus de collisions qui fait intervenir les atomes et les ions d'argon. On a utilisé un plasma d'argon avec des mélanges différents d'hydrogène, soit respectivement 2 et 8% d'hydrogène dans l'argon. La haute température du plasma dissocie les molécules d'hydrogène et ionise une fraction des gaz constituants. Ces ions entraînent vers la cathode les atomes d'hydrogène qui constituent ainsi un flux des neutres entraînés. Ces atomes finissent par se recombiner à la surface de la cathode en lui cédant de l'énergie sous forme de recombinaison moléculaire Q(H-H), ou encore peuvent réagir avec un composé présent à la cathode (exemple: réduction de l'oxyde de chrome). Cette énergie est déterminée par le flux des atomes qui arrivent à la cathode et le flux est déterminé d'après un modèle qui tient compte de toutes les collisions élastiques et inélastiques possibles entre les ions et les atomes d'argon et d'hydrogène présents dans le plasma. Le modèle proposé met en évidence le flux des atomes d'hydrogène I(H) entraînés vers la cathode et détermine les énergies mises en jeu à la surface de la cathode. Le bilan associé permet d'évaluer Q (H-H). Ce modèle a démontré que les atomes d'hydrogène entraînés vers la cathode représentent une partie significative de l'ensemble de l'hydrogène injecté dans le réacteur. En effet à pression atmosphérique, le pourcentage de ces atomes représente 13% de l'ensemble de l'hydrogène et ce pourcentage augmente avec la baisse de la pression pour atteindre 23% à 40 kPa et 65% à 20 kPa. Quant à l'énergie Q (H-H) correspondant au flux de ces atomes, elle représente une partie relativement faible de l'ensemble du bilan énergétique à la surface de la cathode (5 à 8%). Une énergie de cet ordre de grandeur ne peut pas justifier les hypothèses utilisées dans le modèle d'entraînement des neutres. Mais la vérification du bilan d'échange d'énergies à la surface de la cathode utilisant les mêmes hypothèses que le modèle d'entraînement des neutres, valide ces hypothèses et par conséquent, confirme le modèle d'entraînement proposé. Il faut mentionner que la dissociation complète de l'hydrogène moléculaire en hydrogène atomique est confirmée par un calcul basé sur l'intensité de la raie Ha au niveau de la cathode. Les températures sont déterminées d'après la méthode du graphique atomique de Boltzmann. Les concentrations électroniques sont calculées d'après la méthode de l'élargissement de la raie Ha et la valeur de cette concentration a confirmé l'existence de l'équilibre thermodynamique local dans le plasma selon le critère de Darwin. On constate d'après l'étude des différents phénomènes d'échange d'énergie avec la cathode que les énergies associées à la convection du plasma et au rayonnement de la cathode sont du même ordre de grandeur et ne présentent que 1% du bilan global, donc elles se compensent dans le bilan. Quant au bilan lui-même, il est vérifié et l'écart entre d'une part, la somme des énergies fournies (bombardement d'ions et d'atomes + neutralisation d'ions et recombinaison d'atomes d'hydrogène), et d'autre part, la somme des énergies perdues (chaleur dissipée par l'eau de refroidissement et évaporation des électrons) est de l'ordre de 3 à 6%. Ces derniers pourcentages constituent l'erreur d'évaluation du bilan.

Une étude en deux parties du mécanisme des vibrations induites par effet de couronne des conducteurs à haute tension est présentée dans ce travail. Dans la première partie, approche physique, nous avons fait un calcul de la force de réaction due au vent électrique agissant sur une pointe. Il a permis de démontrer que cette force est négligeable comparativement à la force totale produisant les vibrations. Nous avons démontré qu'un conducteur H.T., suspendu par des ressorts au-dessus d'une plaque métallique, vibre lorsqu'une charge d'espace intermittente est injectée entre le conducteur H.T. et la plaque reliée à la terre. Ceci démontre le rôle important de la charge d'espace dans le mécanisme des vibrations induites par effet de couronne, et la nécessité d'étudier numériquement les forces d'interaction électrostatiques entre la charge d'espace et le système conducteur-gouttes. Dans la seconde partie, approche numérique, nous avons utilisé une méthode combinée qui est basée sur les méthodes de simulation de charges de surface et des éléments finis de frontière, afin de déterminer l'influence de la charge d'espace sur le champ électrique à l'extrémité d'une pointe simulant une goutte d'eau suspendue. Nous avons constaté que la présence de la charge d'espace occasionne une baisse considérable du champ électrique à l'extrémité de la pointe. La diminution périodique du champ électrique cause par conséquent une force intermittente qui entraîne les vibrations. L'approche numérique utilisée a également démontré la possibilité de calculer la force répulsive d'origine électrostatique agissant entre la charge d'espace et la pointe.

Un calcul précis des coefficients aérodynamiques est essentiel pour évaluer les différents types d'instabilités éoliennes occasionnées par la glace amoncelée sur les conducteurs haute tension et les haubans des tours de soutien. Or, puisque l'on s'intéresse tout particulièrement aux méthodes de simulation numériques comme outil de travail pour étudier les différents phénomènes pouvant déclencher ces instabilités, il est indispensable d'obtenir une évaluation précise et continue des coefficients aérodynamiques au cours de la simulation, même lorsqu'il y a accrétion de glace ou rotation du profilé. Les formulations empiriques ne peuvent pas tenir compte de tous les critères qui interviennent dans le façonnement de ces courbes. C'est pourquoi il est nécessaire d'employer un système de résolution numérique pouvant simuler l'écoulement et ses caractéristiques propres, telles que viscosité, séparation, turbulence autour de l'objet à analyser. Ces considérations nous ont amené à séparer et résoudre ces problèmes d'écoulement en deux parties distinctes: soit d'utiliser un fluide à potentiel pour représenter l'écoulement à l'extérieur de la couche limite et un fluide visqueux mais toujours incompressible à l'intérieur de cette borne. La formulation par équations intégrales aux limites nous donne alors une résolution rapide et peu coûteuse pour l'écoulement potentiel. Et puisque cette formulation n'exige que des éléments à la frontière du domaine, il est alors possible de modifier la forme et la position de l'objet à volonté. A l'intérieur de la couche limite, nous évaluons par intégration numérique la perte dans le transport de quantité de mouvement due à la friction en surface, le gradient de pression adverse et le débit massique sortant de la frontière. Lorsque par ce calcul nous obtenons une inversion de la vélocité en surface, c'est qu'alors l'écoulement s'est séparé ou décollé de l'objet. Ces paramètres nous permettent alors d'établir la distribution de pression autour de l'objet étudié et de déterminer ses caractéristiques aérodynamiques. Puisque la séparation de la couche limite est un phénomène qui influence considérablement l'écoulement tout autour de l'objet servant d'obstacle, il est nécessaire d'évaluer l'effet de cette singularité. Alors lorsqu'on a effectué une première localisation de ces points de séparation, on doit modifier la géométrie apparente de l'obstacle pour y inclure la forme que prendra le sillage à cause de ce décollement et effectuer une deuxième résolution de l'écoulement potentiel avant le calcul des coefficients aérodynamiques. Cette méthode nous a permis d'obtenir de très bons résultats, qui concordent avec des essais effectués en soufflerie pour des géométries diverses, offrant différentes singularités de forme. Ces mêmes résultats justifient donc l'approche par morceaux préconisée et confirment la validité des deux item suivants: soit premièrement l'utilisation des équations de quantité de mouvement pour déterminer la localisation des points de séparation, et deuxièmement la modification de la géométrie apparente de l'objet, effectuée pour simuler la forme que prend le sillage, avant une deuxième résolution pour convergence finale.

In this thesis, we have dealt with the description of optical properties of materials, with a particular interest in bulk materials. The state-of-the-art of first principle calculations of optical absorption of solids has been represented, up to recently, by the Bethe-Salpeter equation (BSE) approach. The results one can achieve within BSE are in good agreement with experiments and, moreover, the range of applicability of BSE goes well beyond the solids. Absorption spectra of atoms, molecules, clusters or surfaces are usually well described by the Bethe-Salpeter approach. The heaviness of the calculations involved, however, prevents a large-scale application to more complex systems, that are the systems of great interest in material science like, e.g., quantum dots, multi-wall nanotubes, biological molecules or defects in solids. The most prominent alternative to the Bethe-Salpeter approach is the Time Dependent Density Functional Theory, which is density-based and, therefore, could in principle lead to simpler calculations. A widely used approximation to the TDDFT is the adiabatic local density approximation (ALDA). Despite its (partial) success in finite systems the ALDA has led to poor results in the description of optical absorption of solids. The search for an efficient description of optical spectra of solids in TDDFT has become, hence, one of the major problems related to the optical response of a material. In this thesis new inroads have been made in the comprehension of the optical response of a material. Starting from a joint analysis of the BSE approach and the TDDFT framework, it has been possible to calculate the optical spectra of solids, semiconductors and insulators, with the inclusion of the excitonic effects, without solving the BSE but obtaining results of the same precision. To do so, we have derived, or re-derived in a more general way, the most relevant formulas, and implemented them in existing computer codes.7 In order to increase the efficiency and the stability of the calculations, the codes have also been optimized, and, in particular, a linear solver technique has been implemented to avoid all matrix inversions. A large number of calculations for a detailed analysis of the models used and for all hypotheses made, had then to be performed. Finally we have illustrated our findings for bulk silicon, silicon carbide, and solid argon. More in detail, after the theoretical framework, presented in chapters 1-4, • In chapter 5 we have recalled the fact that TDDFT and BSE have the same mathematical structure, and that the response function in both approaches can be written as S = S0 + S0KS whose solution gives the searched absorption or energy loss spectrum. The link between the response of an independent particle (or quasi-particle) system S0 and the full response S is given by the kernel K in this Dyson-like screening equation. The kernel K contains the Coulomb interaction v, which is common to both TDDFT and BSE, and the exchange-correlation (in TDDFT) or electron-hole (BSE) contribution, which is instead different in the two approaches. • The role of the Coulomb potential v has been elucidated in chapter 6. We have discussed its long-range component v0, which is responsible for the difference between the absorption and the electron energy loss spectra in solids. To further illustrate this result, we have shown, analytically and numerically that, in the limit of an isolated system, where the long-range component of the Coulomb interaction is negligible, the absorption and the electron energy-loss (at vanishing momentum transfer) spectra are the same. The microscopic components of the Coulomb interaction, instead, are responsible for the local field effects. • We have then addressed the second term of the kernel K, namely the exchangecorrelation kernel fxc (in TDDFT). The study made in chapter 7 has allowed us to show that simple static approximations for the exchange-correlation kernel fxc can yield spectra of semiconductors and insulators in qualitative agreement with the experiments. • In chapter 8 we have generalized a previously proposed, but never tested, expression for an exchange-correlation kernel fxc, within the time dependent density functional theory framework, which is fully ab initio and parameter-free. We have also investigated the different contributions to the kernel and found out how and when the generalized kernel 0fxc0 works in principle. • In chapter 9 the kernel here developed is applied and tested for two semiconductors, namely bulk silicon and silicon carbide, while • in chapter 10 the kernel is tested for an insulator, taking solid argon as an example. In both semiconductors and insulators the results of the TDDFT (using the kernel developed in chapter 8) and those of BSE are almost indistinguishable. We have hence contributed to the solution of the long-standing problem of how to calculate the absorption spectra of solids, in the framework of TDDFT, without solving the BSE. To have dealt with this problem, has allowed us to address, answer or simply illustrate several questions: ! classical Coulomb (Hartree) contributions play an important role in electronic spectra, and it is worthwhile to discuss their effects before addressing the problems of exchange and correlation. Their short-range and long-range parts are crucial for understanding the link between absorption and energy loss, and the transition between finite and infinite systems. ! satisfactory optical spectra of semiconductors and insulators can be obtained by using very simple models for the electron-hole interaction (in BSE) or for the exchangecorrelation kernel (in TDDFT); these models, of course, depend on parameters that one has to adjust to fit the experiment. However the computational complexity of these calculations is that of the RPA, and one might try to find ways to determine these parameters from first principles; ! to obtain an exchange-correlation kernel from the BSE is not straightforward. However, apart from some counter examples, discussed in chapter 8, in most cases an approximate mapping from one theory (the BSE) to the other (the TDDFT) is possible. A first consequence of the existing difficulties is that the resulting fxc kernel can suffer of convergence problem (requiring a lot of G-vectors or presenting strong fluctuations in frequency). There can also be several possible approximate mappings: an example is reported in chapter 7 where two exchange-correlations kernels, a long-range and an ultra short-range one, give similar (good) results. These two kernels are derived starting from the same model (the contact exciton model) within the BSE; ! an important finding, following the discussions of chapter 8, is that the key quantity of the theory is not the kernel fxc, but fxc multiplied by a response function; ! finally, we are now able to obtain very good results for the optical spectra of solids, well describing both the continuum and bound excitons, within a parameter-free TDDFT framework. Future Developments The thesis focused on the description of optical spectra of solids, in the appealing framework of TDDFT. However the concepts and approaches here developed have to be ex-tended in order to improve their applicability and “workability”. Concerning the latter, we will have to search for the most convenient algorithm to numerically evaluate the proposed expressions. We also plan to take advantage of the fact that, in our formulation, k-points are simply summed over, instead of being the indices of matrices that have to be inverted or diagonalized. Concerning the applications, a short term perspective is to apply the method to the description of the electron energy loss spectra, for which the resonant and anti-resonant part of the response function have to be taken into account. We also plan to study finite systems. Moreover the introduction of the spin degree of freedom could allow to enlarge the target of our study, towards polarised systems, both finite and infinite, also subject to magnetic fields.

Cette thèse qui avait pour objet de comprendre l'état actuel de la libéralisation des services du commerce électronique afin d'apporter l'éclairage sur la question de savoir comment les instruments de la libéralisation des services interagissent au niveau régional comme au niveau international. De quelle façon cette interaction permet la libéralisation des services du commerce électronique? Pour comprendre le sens de cette question, il faut examiner le processus d'intégration et de réalisation du marché global. Ce processus, qui se traduit par l'ouverture des économies nationales sur un marché mondial libéral, se matérialise par la multiplication des flux des biens, des services, des informations, de l'argent comme aussi par les déplacements humains. La concrétisation de ce marché global nécessite la suppression des mesures qui restreignent la libre circulation des produits et services. Selon le regard juridique, il est nécessaire que les marchés soient réglementés par un système juridique uniforme afin d'empêcher des barrières réalisée par les États. Ainsi, les pays ont commencé à s'engager dans des politiques spécifiques pour régler ou pour éliminer les barrières à ce commerce. L'Union Européenne - comme organisme régional - et l'Organisation Mondiale du Commerce - comme organisme multilatéral - sont deux instances très importantes pour le développement des politiques diverses et des études touchant à la libéralisation. Nous analysons donc la libéralisation des services du commerce électronique sous le prisme de la comparaison entre les deux organismes. L'enjeu de notre étude est de montrer les points de convergence mais aussi de divergences entre l'Union Européenne et l'Organisation Mondiale du Commerce. D'un côté, au niveau de l'Union Européenne la coopération joue un rôle intégrateur fondamental sous l'impulsion de la Cour de Justice européenne. De l'autre, l'Organisation Mondiale du Commerce, issue de préoccupations majoritairement, si ce n'est strictement, économiques et dont le but est de faciliter la libre concurrence du commerce sur un plan mondial. / This study provides an analysis of the current state of liberalization of electronic services. It aims to answer the question on how instruments of services liberalization interact in regional and international levels and how this interaction permits the liberalization of electronic services. In order to understand the meaning of this question, it is necessary to analyze the process of integration and operation of the global market. This process, which results in the opening of national economies to a liberal market, increases the trade of goods, services, information, money and also human displacements. The achievement of this global market requires the elimination of measures or barriers that may limit free trade of goods and services. From a legal point of view, markets need to be regulated by a legal system that is uniform as to prevent trade barriers created by States. Thus, some countries are recognizing specific policies in order to regulate and even eliminate possible barriers to the trade of electronic services. The European Union - as a regional organization - and the World Trade Organization - as a multilateral organization - are two very important forums that develop policies and studies on liberalization. Therefore, in this thesis, the liberalization of electronic services will be analyzed by comparing these two organizations. The challenge of our study is to show the present situation of convergence and of divergences between the European Union and the World Trade Organization in what concerns the liberalization of electronic services. It will be presented the level of integration in the European Union where the European Court of Justice has a very important stimulating role and on the other hand, it will be presented how the World Trade Organization facilitates free competition in trade.

Cette thèse est dédiée à la modélisation et à la compréhension du fonctionnement de dispositifs organiques et plus particulièrement des diodes organiques. Tout d'abord, nous avons modélisé et analysé les caractéristiques courant-tension en mode statique de dispositifs planaire (diodes) ou longitudinaux (barreaux résistifs) à base de TIPS-pentacene. Nous avons pu ainsi expliquer l'origine du redressement en courant pour ce type de dispositifs à base de semi-conducteur non-dopé. L'aspect dynamique a ensuite été pris en compte, avec la proposition d'un modèle numérique et d'un modèle analytique simplifié du comportement en temporel de la diode, ce qui a permis de déterminer quels sont les paramètres physiques impactant la fréquence de coupure. Enfin, compte tenu de l'intérêt grandissant des photodiodes organiques, nous nous intéresserons également dans la dernière partie à la modélisation de la diode sous flux lumineux, pour des applications en tant que cellules solaire ou des photodétecteurs. Nous étudierons dans cette dernière partie l'impact des paramètres électriques et optiques du dispositif (épaisseur, mobilité, taux de dissociation des excitons, indice optique, etc.) sur les courants d'obscurité et sous illumination, et donc les rendements de conversion. / This report is dedicated to the modelling and understanding of organic devices functionement and more particularly to organic diodes. First, we modelled and analysed I-V caracterisations of planar (diodes) and longitudinal (resistive sticks) devices made with TIPS-pentacene. We could explain the reason of the rectifying behavior of devices based on undoped semiconductor. The dynamic aspect was then analysed with the help of a numerical model which was simplifyed in a semi-analytical one. This allowed us to find parameters who have an impact on the cutoff frequency. Finally, as there is a growing interest on organic photodiodes whose applications are organic photodetectors or solar cells, we modellised, in the last part, the impact of light on the functionnement of organic diodes. We studyed the impact of both electrical parameters and optical ones (thicknesses, mobility, dissociations rate of excitons, optical indexes, etc...) on dark current and under illumination.

Cette recherche doctorale porte sur la perte des propriétés mécaniques de différents types de papiers cellulosiques imprégnés dans des fluides isolants, lors de vieillissements thermiques accélérés. Ces deux types de matériaux isolants sont couramment utilisés dans les transformateurs de puissance. Plusieurs autres paramètres ont été mesurés lors de ces vieillissements, soit : les traceurs chimiques issus de la dégradation du papier, l’acidité, la teneur en eau dans le papier et dans l’huile. Cette recherche peut être subdivisée en trois parties distinctes. Dans la première partie, des vieillissements accélérés des papiers Kraft et Kraft thermiquement amélioré (TUK) imprégnés dans l’huile minérale Luminol Tri à 150 °C, 170 °C et 190 °C ont été réalisés dans des cellules en aciers inoxydables scellées. De cette étude, des corrélations quasi linéaires entre la concentration en méthanol, le degré de polymérisation de la cellulose et les propriétés mécaniques des papiers ont été obtenues. L’influence quasi exponentielle de la température sur le vieillissement de la cellulose a été confirmée. En utilisant les équations d’Arrhenius et de Calvini modifiées, les cinétiques de la perte de propriétés mécaniques du papier, de génération du méthanol et la dépolymérisation de la cellulose ont été modélisées. Les résultats obtenus, sur le méthanol et la dépolymérisation, sont en accord avec les valeurs observées dans la littérature scientifique. Le modèle cinétique ainsi obtenu pour déterminer le changement de propriétés mécaniques pendant le vieillissement du papier est en bon accord avec les données expérimentales. Ces résultats prometteurs ouvrent la possibilité de développer des outils pratiques pour surveiller l’etat du papier à l’intérieur des transformateurs de puissance en service. La deuxième partie porte sur la comparaison des résultats obtenus dans l’huile minérale à des vieillissements de papiers imprégnés dans un ester synthétique à impact environnemental réduit, Midel 7131. Présentement, les esters sont introduits en tant que fluide isolant dans les grands transformateurs en raison de leur grande biodégradabilité et leur capacité à ralentir le vieillissement de la cellulose. Cependant, les techniques normalisées utilisées pour analyser les huiles minérales ne peuvent être directement appliquées aux esters. Les esters, en général, génèrent des produits de dégradation avec des concentrations très différentes de celles générées dans les huiles minérales. Les résultats ont montré que le taux de perte de propriétés mécaniques du papier dans l’ester synthétique (Midel 7131- Midel) était plus faible que dans le cas de l’huile minérale isoparaffinique (Luminol Tri - Luminol). De plus, la corrélation entre la concentration en méthanol et les propriétés mécaniques n’est pas linéaire comme dans le cas de l’huile Luminol. À partir d’un certain niveau de dégradation, la concentration du méthanol diminue, probablement causée par une interaction entre des produits polaires provenant de la dégradation de l’ester et le méthanol. Il n’est pas exclu qu’une réaction entre le méthanol et certains composés issus de la dégradation de l’huile surviennent. Pour pallier à cette problématique, le furane (C4H4O) a été proposé comme un potentiel traceur chimique du vieillissement de la cellulose dans l’ester. Une corrélation quasi linéaire a été observée entre la concentration de furane et les propriétés mécaniques du papier. En outre, on a observé que la teneur en acidité totale comme indicateur de dégradation du papier n’était pas utile pour les esters vieillis puisque seule une partie des acides organiques, de faibles poids moléculaires, semble interagir avec le vieillissement de la cellulose. La troisième et dernière partie est axée sur l’amélioration de la compréhension du processus de vieillissement des papiers cellulosiques thermiquement amélioré avec différents pourcentages de teneur en azote. Des échantillons de papier contenant respectivement : 1,4 %, 2,6 % et 4,4 % en poids d’azote, imprégnés avec l’huile minérale isoparaffinique (Luminol) ont été vieillis à 170 °C. Les résultats montrent que l’augmentation des additifs azotés contribue à ralentir la perte des propriétés mécaniques des papiers et la dépolymérisation des chaînes de cellulose. Une amélioration importante en matière de propriétés mécaniques et de dépolymérisation du papier entre 1,4 % et 2,6 % d’azote a été observée. Cependant, une amélioration marginale a été observée entre les papiers contenant 2,6 et 4,4 % d’azote. On a noté des corrélations linéaires entre la concentration de méthanol, l’indice de traction et le degré de polymérisation indépendamment de la teneur en azote dans les papiers. Ces corrélations ou courbes maîtresses suggèrent que les additifs azotés ralentissent le processus de vieillissement de la cellulose, mais, ne modifient ni n’éliminent aucune étape du vieillissement de cette dernière. Le dicyandiamide, additif azoté initialement ajouté aux échantillons de papier, semble se dégrader rapidement en d’autres composés azotés. Cependant, ces composés dégradés semblent être fixés au papier et continuent à ralentir le vieillissement. Cette hypothèse provient du fait que la teneur totale en azote organique mesurée par la méthode de Dumas était pratiquement constante pendant tout le vieillissement. Les résultats décrits dans les trois parties contribuent grandement à l’avancement du domaine du vieillissement de l’isolant cellulosique et permettent de proposer des outils de diagnostic pour surveiller l’état de dégradation du papier isolant. This doctoral research focuses on the loss of mechanical properties of various types of cellulosic paper impregnated in insulating fluids during accelerated thermal aging. These two types of insulating materials are commonly used in power transformers. Several other parameters were measured during the aging process: chemical makers produced from paper degradation, acidity, water content in paper and in oil. This research can be subdivided into three distinct parts. In the first part, accelerated aging of Kraft and thermally upgraded Kraft (TUK) papers impregnated with mineral oil (Luminol Tri) at 150 °C, 170 °C, and 190 °C was performed in sealed stainless steel cells. From this study, quasi-linear correlations among the methanol concentration, the degree of polymerization of the cellulose and the mechanical properties of the papers were obtained. The quasi-exponential influence of temperature on the aging of cellulose has been confirmed. Using the Arrhenius and modified Calvini equations, the kinetics of the loss of mechanical properties of the paper, methanol generation and depolymerization of the cellulose were modelled. The results obtained, the methanol and the depolymerization, are in agreement with the values observed in the scientific literature. Thus, the kinetic model obtained to determine the change in mechanical properties during the aging of the paper is consistent with the experimental data. These promising results open the possibility of developing practical tools for monitoring the condition of paper inside power transformers in service. The second part focuses on the comparison of the results obtained in mineral oil with aging of impregnated papers in a synthetic ester with reduced environmental impact (Midel 7131- Midel). Currently, esters are introduced as insulating fluid in large transformers due to their high biodegradability and their ability to slow down the aging of cellulose. However, standard techniques used to analyze mineral oils cannot be directly applied to esters. The esters, in general, generate degradation products with concentrations very different from those generated in mineral oils. The results showed that the rate of loss of mechanical properties of the paper in the synthetic ester was lower than in hydrotreated isoparaffin base fluid (Luminol Tri- Luminol). Moreover, the correlation between the methanol concentration and the mechanical properties is not linear as in the case of the Luminol oil. At certain level of degradation, the concentration of methanol disappears, probably caused by an interaction between polar products resulting from the degradation of the ester and methanol. It is not excluded that a reaction between methanol and certain compounds resulting from the degradation of the oil will occur. To overcome this problem, furan (C4H4O) has been proposed as a potential chemical marker of cellulose aging for esters. A quasi-linear correlation was observed between the furan concentration and the mechanical properties of the paper. Furthermore, it has been observed that the total acidity content as an indicator of degradation was not useful for the aged esters since only a part of the organic acids, with low molecular weight, seems to interact with the aging of the cellulose. The third and final part focuses on improving the understanding of the aging process of thermally upgraded cellulosic papers with different percentages of nitrogen content. Samples of paper containing 1.4%, 2.6% and 4.4% by weight, respectively, of nitrogen impregnated with Luminol oil were aged at 170 °C. The results show that the increase in nitrogen additives contributes to slowing the loss of the mechanical properties of the papers and the depolymerization of the cellulose chains. A significant improvement in mechanical properties and paper depolymerization between 1.4% and 2.6% nitrogen was observed. However, a marginal improvement was observed between papers containing 2.6 and 4.4% nitrogen. Linear correlations among methanol concentration, tensile index, and degree of polymerization were noted independently of the nitrogen content in the papers. These correlations or master curves suggest that nitrogen additives slow down the aging process of cellulose, but do not alter or eliminate any stage of aging of the cellulose. Dicyandiamide, a nitrogen additive initially added to paper samples, appears to degrade rapidly into other nitrogen compounds. However, these degraded compounds appear to be fixed to the paper and continue to slow down aging. This hypothesis stems from the fact that the total organic nitrogen content measured by the Dumas method was practically constant throughout the aging process. The results described in the three parts significantly contribute to the advance of the cellulosic insulation aging domain and allow to propose diagnostic tools to monitor the degradation state of the insulating paper.

Durant cette thèse nous avons caractérisé et amélioré une nouvelle source de rayons X avec unplasma ECR (résonance cyclotronique électronique) permettant de générer des électronsénergétiques de 10 à 120 keV, qui vont ensuite produire le rayonnement X par freinage(bremsstrahlung). Les améliorations de l’installation ont permis d’obtenir une source stable, pouvantfonctionner une journée entière de travail (huit heures) sans arrêt. Dans la première partie de l’étudeexpérimentale on a étudié et déterminé les paramètres optimaux de la source : la pression, lapuissance micro-onde et la configuration magnétique sur le rayonnement X du plasma. Nous avonségalement confirmé la localisation des électrons énergétiques sur un anneau due à la configurationmagnétique. L’intensité trop faible et la zone d’émission non ponctuelle du rayonnement plasma, nepermettant pas l’utilisation de la source à plasma, une cible a été insérée sur la trajectoire desélectrons énergétique pour résoudre ces deux problèmes.Le principal avantage de notre source par rapport aux tubes X, est l’absence de haute tension (20 à400 kV). Pour chauffer les électrons, nous utilisons une onde de 2,45 GHz, qui est la fréquenceindustrielle autorisée dans les fours à micro-ondes, délivrée par un magnétron. Les éléments simplesqui composent notre source donne un coût plus faible qu’un système classique de tubes X, dûprincipalement au prix élevé du générateur HT pour les tubes X. De plus, nous n’avons pas besoind’un vide très poussé car, à la différence des tubes X, la source ECRX fonctionne avec une pressionrésiduelle de 0,1mPa. Et enfin notre source est compacte ce qui la rend facilement transportable. Lesapplications de cette source sont nombreuses comme la radiologie, la stérilisation et le contrôle nondestructif industriel. / During this thesis we have characterised and developed a new X-ray source with an ECR plasma(electron cyclotron resonance) generating energetic electrons from 10 to 120 keV, which will emit adeceleration radiation (the Bremsstrahlung). The improvements of the installation permit to obtain astable source, which can work during one day (eight hours) without stop. In first part of theexperimental study we have studied and determined the optimal parameters of the source: pressure,micro-wave power and the magnetic configuration on the X radiation of the plasma. We also confirmedthe localisation of the energetic electron on a ring due to the magnetic configuration. The low intensityand the non punctual emission size of the X radiation, don’t allow the use of the source, so a target isinserted in the trajectory of the energetic electron to solve these two weaknesses.The main advantage of our source compared with X-ray tubes, is the absence of high voltage (20 to400 kV). For heating the electron, we use a 2,45 GHz wave, that is the industrial frequency authorizedfor the micro-wave oven, delivered by the magnetron. The simple elements that compose our sourceare less expensive than the classical X-ray tubes, due to mainly the high cost of the X-ray generator.Moreover, we don’t need a high vacuum, mandatory for the X-ray tubes; an ECRX operates at aresidual pressure of 0,1 mPa. And finally, we have a compact source. Applications will be various frommedical, like radiological, sterilization, to non-destructive industrial control.

Le contrôle des vibrations devient de plus en plus important dans les éoliennes modernes. Ce travail démontre les méthodes de choisir les capteurs et d'estimer les états dans le contrôle des vibrations dans les structures des éoliennes et explore aussi quelques alternatives dans la commande individuelle du calage des pales. Une analyse du problème de l'estimation des états conclut qu'il n'y a pas besoin de mettre les capteurs à l'extérieur de la nacelle : les états dont la commande a besoin, tels que les deflexions de la structure et les variations des vitesses du vent dans le plan du rotor, sont bien estimés à partir des mesures de force, de couple et d'accélération dans la nacelle et son enroulement d'embardée. Quant aux algorithmes d'estimation, le filtre de Kalman à réponse impulsionnelle infinie sert bien dans les applications de commande, mais une diminution de la réponse impulsionnelle du filtre peut augmenter la précision de l'estimateur aux fréquences plus élevées. Les simulations du NKEL Offshore Baseline Turbine (5MW) indiquent que la commande individuelle du calage des pales peut permettre des réductions d'environ 24% dans les couples aux racines des pales dans certaines conditions, mais que la dynamique des actionneurs de calage et les suppositions dans la modélisation peuvent limiter la performance de la commande dans d'autres conditions. La stratégie de contrôle qui s'avère la plus performante dans ce travail est une régulation de l'angle d'attaque estimé.

Le travail de recherche présenté dans cette thèse est consacré à la commande non linéaire associée à la commande prédictive en temps continu pour la machine synchrone à aimants permanents. Cette machine est connue pour sa grande puissance massique, ce qui lui confère une place importante dans des applications embarquées. Cependant, son modèle multivariable et non linéaire, ces paramètres qui peuvent varier dans le temps et sa dynamique rapide rendent sa commande plus compliquée. Le défi majeur de notre travail de recherche est de concevoir une loi de commande pour la machine synchrone à aimants permanents plus performante au niveau de la poursuite de trajectoires, du rejet de perturbations, de la stabilité, de la robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques, du respect des contraintes physiques et du temps de calcul, et ce, tout en conservant l'aspect non linéaire. Dans ce cadre, la commande prédictive se présente alors comme une solution idéale. Toutefois, les contrôleurs prédictifs non linéaires conçus à partir du modèle à temps discret requièrent un temps de calcul important, ce qui limite leurs applications à des systèmes non linéaires à dynamique lente. Le développement des nouvelles techniques de commande prédictive non linéaire basées sur le modèle à temps continu a permis de réduire considérablement le temps de calcul. Parmi ces techniques, l'utilisation de l'expansion en séries de Taylor pour concevoir un modèle de prédiction à partir du modèle à temps continu. Les contrôleurs obtenus sont alors analytiques et faciles à implanter sur des processeurs numériques de signaux. Cependant, il est connu que cette stratégie souffre du manque de robustesse vis-à-vis des perturbations externes et des imperfections du modèle. À cet effet, nous avons proposé un observateur permettant d'estimer toutes les perturbations qui peuvent affecter la régulation des sorties. La combinaison de la commande prédictive non linéaire avec l'observateur de perturbations permet de garantir la robustesse par rapport à la variation de tous les paramètres de la machine et à celle du couple de charge. D'un autre côté, il arrive fréquemment que les variables manipulées soient limitées par des blocs de saturation. En effet, la prise en compte des blocs limiteurs dans la conception des estimateurs de perturbation conduit systématiquement à l'apparition d'un schéma anti- saturation dans la boucle de commande. Nous proposons, de plus, une nouvelle loi de commande prédictive non linéaire permettant d'assurer la robustesse de systèmes non linéaires, et ce, en s'affranchissant de l'utilisation des estimateurs de perturbations. Pour chaque type de commande, deux variantes sont proposées. Une commande directe pour le contrôle de la machine avec la vitesse de rotation et la composante directe du courant comme sorties, et une commande en cascade basée sur l'imbrication d'une boucle interne de courants et une boucle externe de vitesse. La validation expérimentale de ces lois de commandes non linéaires a permis de tester leurs performances réelles en matière de suivi de trajectoires, de robustesse et de respect des contraintes électromagnétiques, et d'approuver la faisabilité et l'originalité de l'approche. Nous pensons que ce travail de recherche contribuera d'une façon non négligeable à l'avancée de la recherche dans le domaine de la commande prédictive non linéaire des machines électriques.