Avec l'arrivée de l'environnement comme enjeu mondial, le secteur de l'efficacité énergétique prend une place de plus en plus importante pour les entreprises autant au niveau économique que pour l'image de la compagnie. Par le fait même, le domaine des technologies de l'énergie est un créneau de recherche dont les projets en cours se multiplient. D'ailleurs, un des problèmes qui peut survenir fréquemment dans certaines entreprises est d'aller mesurer la composition des matériaux dans des conditions difficiles d'accès. C'est le cas par exemple de l'électrolyse de l'aluminium qui se réalise à des températures très élevées. Pour pallier à ce problème, il faut créer et valider des modèles mathématiques qui vont calculer la composition et les propriétés à l'équilibre du système chimique. Ainsi, l'objectif global du projet de recherche est de développer un outil de calcul d'équilibres chimiques complexes (plusieurs réactions et plusieurs phases) et l'adapter aux problèmes électrochimiques et d'équilibres contraints. Plus spécifiquement, la plateforme de calcul doit tenir compte de la variation de température due à un gain ou une perte en énergie du système. Elle doit aussi considérer la limitation de l'équilibre due à un taux de réaction et enfin, résoudre les problèmes d'équilibres électrochimiques. Pour y parvenir, les propriétés thermodynamiques telles que l'énergie libre de Gibbs, la fugacité et l'activité sont tout d'abord étudiées pour mieux comprendre les interactions moléculaires qui régissent les équilibres chimiques. Ensuite, un bilan énergétique est inséré à la plateforme de calcul, ce qui permet de calculer la température à laquelle le système est le plus stable en fonction d'une température initiale et d'une quantité d'énergie échangée. Puis, une contrainte cinétique est ajoutée au système afin de calculer les équilibres pseudo-stationnaires en évolution dans le temps. De plus, la contrainte d'un champ de potentiel électrique est considérée pour l'évaluation des équilibres électrochimiques par des techniques classiques de résolution et fera l'objet de travaux futurs via une technique d'optimisation. Enfin, les résultats obtenus sont comparés avec ceux présents dans la littérature scientifique pour valider le modèle. À terme, le modèle développé devient un bon moyen de prédire des résultats en éliminant beaucoup de coût en recherche et développement. Les résultats ainsi obtenus sont applicables dans une grande variété de domaines tels que la chimie et l'électrochimie industrielle ainsi que la métallurgie et les matériaux. Ces applications permettraient de réduire la production de gaz à effet de serre en optimisant les procédés et en ayant une meilleure efficacité énergétique.

L'intégration sur puce d'opérations successives d'un protocole plus ou moins complexe d'analyse biologique ou chimique et mettant en jeu la circulation de petits volumes d'échantillons et de réactifs dans des canalisations de taille micrométrique constitue le coeur des technologies microfluidiques. Les technologies de réalisation de micro canalisations sont aujourd'hui bien maîtrisées. Cependant, la manipulation des fluides et l'intégration technologique des éléments de contrôle comme les valves, les actionneurs, les mélangeurs dans les micro canalisations posent des problèmes essentiellement liés aux très faibles dimensionnalités. Des solutions originales et pratiques pour manipuler des volumes très faibles (entre 1nl et 10nl) doivent être développées pour déplacer, mélanger ou séparer ces liquides. Dans ce cadre, nous avons proposé un projet de recherche ANR Blanc (PYRACT) animé par le LAAS et associant des équipes de recherche des laboratoires LCC et IRMCP. Les travaux de thèse s'insérant dans le cadre du projet PYRACT, ont porté sur la conception, la simulation et la réalisation d'un micro actionneur à base de matériau énergétique pour la manipulation de faibles quantités de fluides (10-100nl). L'actionneur, tel que nous l'avons conçu, consiste en une plate-forme chauffante sur laquelle sont déposés en couche très mince un matériau énergétique et une membrane élastique permettant de faire l'étanchéité entre le gaz d'actionnement et le fluide. Le principe de fonctionnement est simple : lorsque le matériau énergétique atteint 225°C, sa décomposition exothermique (333J/g) génère des gaz (N2, H2O, O2) qui augmentent la pression sous la membrane fine élastique (30¼m). La pression ainsi générée et la déformation induite de la membrane élastique permettent d'actionner le fluide dans la micro canalisation. Ce concept simple d'actionnement présente l'avantage d'être compact, intégrable directement dans la canalisation contenant le fluide à actionner, biocompatible, bas c oût et nécessite seulement quelques mW (quelques V) pour générer des surpressions qui peuvent être réglées entre quelques dizaines de kPa et quelques centaines de kPa. Son caractère monocoup le rend adapté aux applications portables et jetables. Tout d'abord, un modèle multi physique a été développé sous COMSOL pour simuler le fonctionnement de l'actionneur intégré dans une micro canalisation. Ensuite, un modèle global de conception a été construit permettant de prédire les performances de l'actionnement (pression, déformation, volume et vitesse du fluide éjecté) en fonction des caractéristiques de l'actionneur et de la puissance électrique d'actionnement. Enfin, deux démonstrateurs ont été fabriqués : un actionneur de 1mm²×100¼m et un de 0.25mm²×100¼m. Un travail important a porté sur l'intégration technologique en utilisant des procédés compatibles MEMS et microfluidique des différents matériaux (énergétique et de structure) sur des surfaces très petites et nécessitant des traitements de surface particuliers. Le principe d'actionnement a été validé.

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre de l'analyse vibroacoustique des structures complexes. Il propose une nouvelle approche énergétique utilisant le champ de densité d'énergie afin de simplifier une telle analyse. Cette approche est basée sur un modèle numérique stochastique construit à l'aide de l'approche probabiliste non paramétrique des incertitudes de modélisation et de paramètres. L'approche énergétique stochastique développée correspond à une nouvelle représentation du système vibroacoustique en terme des grandeurs énergétiques aléatoires. Un modèle vibroacoustique énergétique moyen est alors construit en prenant la moyenne statistique des grandeurs énergétiques. On dispose alors d'un modèle énergétique moyen pour analyser la vibroacoustique des systèmes complexes dans la bande des basses et des moyennes fréquences alors que la méthode SEA ne permet pas d'analyser cette bande de fréquence. L'analyse des propriétés des grandeurs énergétiques moyennes utilisées pour la construction du modèle vibroacoustique énergétique permet de construire une version simplifiée conduisant à un modèle énergétique simplifié pour lequel une méthodologie de partition structurale par zone est établie. Une application de cette approche énergétique et de la méthodologie de partition structurale par zone est présentée pour une voiture constituée d'une structure automobile couplée avec sa cavité acoustique interne

Notre thèse tente de répondre à la question suivante : « Dans un contexte intégrant des caractéristiques identiques favorables à une réduction ou une modération de la consommation d’énergie domestique, celui du logement social locatif ayant fait l’objet d’un programme de réhabilitation thermique, tous les individus ont-ils des pratiques énergétiques semblables et quels sont les facteurs explicatifs de ces pratiques et de leurs possibles différences ? Dans un premier temps, considérant que l’on ne consomme pas de l’énergie pour elle-même mais pour produire un service par le moyen obligé d’un bien de service de l’énergie, nous avons identifié les pratiques des ménages en introduisant une classification selon qu’elles induisent une consommation ou, à l’inverse, une réduction de la consommation. A côté des pratiques d’acquisition d’équipement et de leur usage, nous avons également relevé des pratiques alternatives ou impliquant des tiers ayant pour effet induit une réduction de consommation. Dans un deuxième temps, nous avons repéré divers facteurs sous-tendant ces pratiques que nous avons regroupés en quatre catégories distinctes : l’identité y apparait comme centre intégrateur jouant un rôle clé. Sur ces bases, nous avons établi un profil pour chaque individu, rendant compte d’un alignement de caractéristiques favorables et défavorables à une réduction de consommation. Dans un troisième temps, nous avons pu repérer des similitudes entre profils, peu corrélées aux classifications statistiques habituelles, d’où nous avons extrapolé quatre types distincts. Ces fortes différences entre profils des individus, dont l’identité constitue le pivot, meten évidence la nécessité de leur prise en compte dans une perspective opérationnelle. Notre thèse interroge le modèle de consommation et de vie en société, ouvre des pistes vers la consolidation de l’efficacité énergétique, vers la sobriété en équipements, et l’enrichissement des identités sociales relationnelles. / This thesis aims to answer the following question: In a context integrating similar technical characteristics favorable to a reduction or moderation of household energy consumption, within a rental social housing project that was recently the object of a thermal rehabilitation program, do all the individuals display similar energy practices, and what are the explanatory factors for these practices and their differences, if any? Firstly, considering that energy is not consumed for itself but for producing a service by means of the consumption of various energy generating goods, we identified the household’s practices by introducing a classification of these practices according to whether they lead to an increase or to a reduction in consumption. Regarding practices of equipment acquisition and their use, we also have identified practices involving third parties as well as alternative practices leading to a reduction in consumption. Secondly, we identified various factors underlying these practices which we were able to group into four different categories among which identity appears as an integrating factor playing a key role. On these bases, we established a profile for each individual, showing a certain alignment of the characteristics that are either favorable or unfavorable to reduced consumption. Thirdly, we observed similarities between the profiles, weakly correlated with the usual statistical classifications, from which we have extrapolated four truly different types. These strong differences between individuals’ profiles, whose identity constitutes the pivot,highlights the importance of their consideration in an operational perspective. The thesis questions the pattern of consumption and life in our society and opens perspectives towards the consolidation of energy efficiency, towards moderation in equipment use, and towards the enrichment of relational social identities.

Dans une configuration optimale, la couche photo-active d’une cellule solaire organique forme une hétérojonction volumique entre un matériau donneur et un matériau accepteur d’électrons. Cette morphologie optimale se trouve dans un état thermodynamique métastable. En cours de fonctionnement, l’absorption incidente provoque une élévation de la tempéra- ture des dispositifs. L’apport d’énergie thermique au système le fait évoluer vers un état thermodynamique stable correspondant à une micro-séparation de phase entre les deux matériaux nuisible aux performances photovoltaïques du dispositif. La solution à cette problématique envisagée dans cette thèse est de figer la morphologie optimale de la couche photo-active par réticulation chimique. Dans le but de prévenir la diffusion et la cristallisation des dérivés du fullerène, plusieurs approches ont été étudiées : la formation d’une maille de polymères réticulés, l’accroche des dérivés du fullerène aux chaînes du polymères ou la liaison entre plusieurs dérivés du fullerène. Les différentes fonctions réticulantes utilisées dans ces approches sont l’allyle, le cinnamate, l’anthracène et l’azoture. Au cours de ces travaux, des résultats satisfaisants ont été obtenus avec la fonction azoture. Basé sur cette fonction, nous avons développé un additif qui permet d’augmenter notablement la stabilité thermique des cellules solaires réticulées. Cette approche a été validée sur plusieurs couples de matériaux polymères/dérivés du fullerène à l’état de l’art. / Efficient bulk-heterojunction solar cells require an interpenetrating network of electron donating and electron accepting materials. Indeed, the optimum nano-sized phase segregation is a thermodynamically metastable system. Under operating conditions, especially under solar illumination, the temperature of the solar cell increases significantly. Adding thermal energy to the system leads to further micro-phase separation that is harmful for photovoltaic device performances. In order to freeze the optimal morphology, several approaches based on chemical cross-linking have been studied : formation of cross-linked polymer network, binding fullerene derivatives to polymer side chains or cross-linking between fullerene derivatives. Different cross-linkable functions have been used : allyl, cinamate, anthracene and azide. A versatile stabilization strategy of bulk heterojunctions morphology has been found by mean of incorporating a cross-linkable additive in low amounts with different polymer :fullerene blends. This approach is validated on multiple materials at the state-of-the-art.

Cette thèse est consacrée à la modélisation par transition d'échelles d'une large classe de composites particulaires fortement chargés tels que les propergols solides. L'approche (AM) repose en amont sur une schématisation géométrique et cinématique inspirée des travaux de Christoffersen (1983). L'objectif des présents travaux est double : prouver l'applicabilité de l'AM à la viscohyperélasticité (comportement de la matrice des élastomères chargés) et évaluer quantitativement ses performances. Pour traiter le 1er point, l'AM est appliquée à un composite aléatoire à matrice viscohyperélastique, généré numériquement. On montre le caractère direct de la résolution du problème de localisation-homogénéisation grâce à un algorithme opérant dans l'espace-temps réel. Les résultats obtenus sont qualitativement corrects. Concernant le 2ème point, les effets des hypothèses cinématiques propres à l'AM sont testés au travers de comparaisons entre résultats (locaux et globaux) AM et éléments finis (EF) sur des microstructures périodiques (simple et complexe) satisfaisant la schématisation géométrique et pour des comportements de phase hyperélastiques et viscohyperélastiques. Un certain nombre d'atouts et de points d'amélioration de l'AM sont ainsi dégagés. Enfin, un programme transversal de confrontation des estimations à des résultats expérimentaux et à des calculs EF sur un propergol réel est élaboré et mis en œuvre sur un composite énergétique : la butalite 400. Chaque étape –essais sur composite et constituants, caractérisation morphologique par tomographie, maillage EF automatique de la microstructure réelle, détermination des VER (plusieurs centaines de grains) relatifs aux deux méthodes (AM et EF)– est détaillée. De multiples confrontations entre les résultats expérimentaux et les premiers résultats numériques (AM et EF) permettent de préciser les perspectives à entreprendre pour terminer la validation.

Durant ma thèse je me suis intéressée à deux manifestations spécifiques de la libération d'énergie lors des éruptions solaires: les particules énergétiques et la dynamique de la reconnexion magnétique. Grâce à une étude détaillée des séquences temporelles des différentes signatures électromagnétiques, produites par les particules énergétiques dans la couronne (RHESSI, CORONAS-F, NoRP), et du flux de particules relativistes à la Terre (Moniteurs à neutrons), j'ai pu montré que les particules impactant la Terre étaient accélérées durant un épisode spécifique d'accélération lors de la phase impulsive de l'éruption. Cette étude multi-longueurs d'ondes suggère également que le mécanisme d'accélération des particules injectées plus tard, n'est pas nécessairement identique. Le diagnostic du rayonnement radio (WIND, RSTN) m'a permis d'établir que la longueur interplanétaire parcourue par les particules de la première injection, ~ 1.5 UA, est plus grande que celle généralement supposée pour le transport des particules solaires à la Terre (~1.2 UA). J'ai alors développé une nouvelle méthode permettant d'identifier la structure magnétique interplanétaire dans lesquelles les particules se propagent jusqu'à la Terre. Les analyses des mesures in-situ du champ magnétique (ACE/MAG) et des paramètres plasma (ACE/SWEPAM) du milieu interplanétaire, m'ont permis d'identifier les structures magnétiques du milieu interplanétaire lors des événements à particules relativistes. La comparaison de ces structures avec la longueur parcourue par les particules et obtenue par une analyse de dispersion des vitesses des flux de particules à la Terre (SoHO/ERNE et moniteurs à Neutron) montre clairement que la distance parcourue dépend de la structure magnétique présente à la Terre, mais également que la connexion de la région active à la Terre peut être assurée par des structures magnétiques transitoires différentes de celle de la spirale de Parker comme généralement admis. Le second volet de ma thèse porte sur l'étude de la dynamique de la reconnexion magnétique. L'implémentation du code développé par G. Aulanier, m'a permis de réaliser la première simulation numérique tridimensionnelle magnétohydrodynamique d'un événement solaire observé, contrainte par les mesures du champ magnétique (SoHO/MDI). Par cette étude, j'ai montré que la dynamique des brillances, observées à la surface solaire et généralement attribuée à l'impact de particules énergétiques, s'expliquait par la succession de différents régimes de reconnexion magnétique. J'ai montré que cette dynamique de la reconnexion magnétique était due à une topologie magnétique hybride où les séparatrices associées à un point nul était incluses dans des quasi-séparatrices. La reconnexion à travers les séparatrices se traduit par un saut de connectivité, tandis que la reconnexion à travers les quasi-séparatrices induit un changement continu de la connectivité des lignes de champ magnétique. J'ai ensuite réalisé une seconde simulation tridimensionnelle magnétohydrodynamique d'une configuration magnétique en point nul asymétrique, mais cette fois impliquant des lignes de champ ouvert lors de la reconnexion. Après avoir confirmé la présence de quasi-séparatrices entourant les sépratrices, ce travail m'a permis de d'établir un nouveau modèle d'injection de particules dans l'héliosphère, permettant d'expliquer les mesures interplanétaires de particules dans une large gamme de longitude, qui sont généralement expliquer par la diffusion des particules dans la couronne.

Le contrat de performance énergétiques est une forme contractuelle de services énergétiques dans laquelle les prestataires de services prennent en charge le financement de projets d'amélioration des installations en se rémunérant grâce à la valeur des économies d'énergie générées. Le recours à ce type de contrat, réputé particulièrement efficace, est mis en avant dans les textes communautaires et dans le cadre des politiques publiques nationales en faveur de la maîtrise de la demande en énergie. A ce titre, les contrats de performances énergétiques sont appelés à faire partie intégrante des dispositifs existants en faveur de l'amélioration de l'efficacité énergétique, en particulier dans le cadre des systèmes de certificats d'économie d'énergie, et des outils de la commande publique pour l'amélioration du patrimoine de l'Etat et des collectivités territoriales. Leur mise en œuvre est cependant conditionnée à la mise au point de protocoles adaptés pour l'évaluation des performances énergétiques des installations, notamment lorsque celles-ci dépendent de nombreux paramètres, comme dans le cas des installations de production d'eau glacée. Après avoir mis en évidence l'efficacité énergétique portée par les contrats de performance, cette thèse analyse les obstacles techniques à la mise en œuvre de ces contrats sur les installations de production d'eau glacée. Dans un second temps, un protocole adapté à l'évaluation d'améliorations typiques de ces installations est proposé en couplant des outils de modélisation et des procédures de mesure légères sur site. Enfin, des propositions d'aménagement de ce protocole sont formulées dans le but de permettre l'intégration des améliorations typiques des installations de production d'eau glacée dans le cadre des dispositifs de certificats d'économies d'énergie, qui semblent ne pouvoir prendre en considération que des actions élémentaires facilement reproductibles.

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la directivité des sursauts radio solaires de type III aux fréquences inférieures à 10MHz. Ces sursauts radio résultent de la conversion d'ondes de plasma produites par des faisceaux d'électrons suprathermiques. Ces électrons sont accélérés dans la couronne solaire au voisinage des régions actives, et se propageant le long de lignes de champ magnétique ouvertes sur le milieu interplanétaire. Nous mesurons pour la première fois le diagramme d'émission apparent du rayonnement radio à partir d'observations stéréoscopiques, réalisées aux mêmes fréquences, par les sondes Wind et Ulysse en dessous de 1MHz d'une part, puis par les sondes STEREO-A, STEREO-B et Wind jusqu'à 10MHz d'autre part. Le diagramme obtenu présente une largeur à mi-maximum importante ( 100 à 1MHz). Et, contre toute attente, une déviation vers l'est de son axe principal hors de la direction du champ magnétique local ( 20 à 1MHz). Nos observations indiquent par ailleurs que ces deux caractéristiques augmentent vers les basses fréquences. Ces résultats nouveaux apportent des contraintes solides sur les conditions physiques régnantes au voisinage de la source d'émission. En particulier, la déviation de l'axe du diagramme témoigne de l'existence d'un gradient de densité transverse, très probablement produit par l'interaction de deux régions de vent solaire évoluant en corotation à des vitesses différentes. Nous obtenons également pour la première fois le spectre radio moyen des sursauts de type III soustrait des effets de directivité et de distance à la source. Le spectre présente un maximum d'émission autour de 1MHz dont l'origine reste à déterminer. La mesure de la vitesse des faisceaux sur la gamme de fréquences [ 0.01 -10MHz] nous permet d'apporter les premiers éléments de réponse à cette question.

Le plus gros satellite de Saturne, Titan, voit son atmosphère dense en azote bombardée par les ions énergétiques de la magnétosphère, en raison de l'absence de champ magnétique intrinsèque significatif. Des réactions d'échange de charge entre les neutres froids de l'exosphère (plus haute région atmosphérique) et ces ions énergétiques créent alors des atomes énergétiques neutres (ENAs). L'instrument INCA (Ion and Neutral Camera), l'un des trois instruments de l'expérience MIMI (Magnetosphere Imaging Instrument) à bord de la sonde Cassini en orbite autour de Saturne, permet d'imager ces neutres comme des photons et de mesurer leur flux, et fournit ainsi un diagnostic précieux de l'interaction entre Titan et la magnétosphère kronienne.<br />Notre travail de thèse a consisté, en premier lieu, à modéliser l'exosphère de Titan, en considérant à la fois des profils thermiques et non thermiques. Un modèle de calcul de flux d'ENAs a été, en second lieu, développé, comparé aux observations, et enrichi par une étude des processus d'absorption des ENAs. Nous avons ensuite réalisé une analyse statistique des données de l'expérience MIMI durant les traversées d'orbite et survols de Titan. Enfin, une application au satellite de glace Rhéa a permis de fournir des conditions limites pour l'existence de son éventuelle exosphère.