Le travail présenté s'attache à analyser les caractéristiques des grandeurs énergétiques issues de la solution de l'équation d'onde classique, sans faire d'hypothèse réductrice a priori, afin de développer une formulation moyenne en temps et en espace permettant de traduire les transferts d'énergie dans les structures pour le domaine des moyennes fréquences.<br /><br />Dans un premier temps, le concept de superposition quadratique est présenté : si les variables linéaires telles que le déplacement associé à l'onde sont la somme de n composantes différentes, toute variable quadratique telle que l'intensité ou les densités d'énergie peut être présentée sous la forme de n² termes différents.<br />Ceci est illustré notamment dans le cas bidimensionnel de la superposition de deux ondes planes.<br /><br />Dans un second temps, le cas unidimensionnel de deux ondes planes contre-propagatives est étudié car il fournit les variations des champs énergétiques à deux échelles bien distinctes.<br />A petite échelle, les variations des champs énergétiques représentent la<br />structure locale des interférences définies par un nombre d'onde purement réel.<br />A grande échelle, les variations des champs énergétiques représentent les transferts énergétiques globaux dus à la dissipation et définies par un nombre d'onde purement imaginaire.<br /><br />La partie suivante est quant à elle consacrée aux vibrations de plaques.<br />Différents types d'ondes sont considérés: ondes quasi-longitudinales, ondes de cisaillement et ondes de flexion.<br />Dans les cas unidimensionnels (plaques semi-infinies), l'analyse pour les ondes quasi-longitudinales et les ondes de cisaillement s'avère similaire à celle présentée précédemment. En revanche le cas des ondes de flexion s'avère plus compliqué en raison de la présence de composantes évanescentes dans le champ de déplacement, lesquelles multiplient d'autant le nombre de composantes des variables énergétiques.<br />Une formulation quadratique équivalente à celle en déplacement a néanmoins pu être obtenue pour les ondes de flexion unidimensionnelles.<br /><br />Enfin la dernière partie montre tout d'abord comment une formulation quadratique moyenne peut être développée dans le cas d'ondes planes unidimensionnelles, l'opération de moyennage permettant de s'affranchir des composantes à petite échelle spatiale des variables quadratiques pseudo-périodiques.<br />Une équation différentielle est obtenue pour l'intensité complexe, les densités d'énergie pouvant être tirées de cette variable.<br />Les conditions limites énergétiques tenant compte des composantes active et réactive de l'intensité sont ensuite calculées, pour des jonctions passives ou actives. Les cas de jonctions passives font intervenir des conditions mixtes analogues aux conditions d'impédance d'une formulation en déplacement.<br />Le cas des jonctions actives fait quant à lui intervenir non seulement des impédances mais également la densité de puissance injectée dans la discontinuité d'intensité moyennée. Cette formulation quadratique moyenne peut alors être appliquée au domaine des moyennes fréquences.

Des protéines à base de l'hème sont impliquées dans une large gamme de fonctions biologiques, y compris la respiration, le transport de l'oxygène et la détoxification des xénobiotiques. Surtout, les protéines senseurs bactériens à base de l'hème exploitent les propriétés de liaison de l'hème pour détecter les gaz environnementaux. Cette thèse focalise sur l'étude de la dynamique interne des hémo-protéines senseurs à gaz 6-coordonnées CooA, de Rhodospirillum rubrum et DNR de Pseudomonas aeruginosa, qui sont impliquées dans l'adaptation du métabolisme de l'organisme à son environnement. CooA et DNR, appartenant à la famille importante de protéines catabolites activatrices des gènes, sont des facteurs de transcription qui se lient à l'ADN lors de l'activation par des molécules diatomiques gazeuses, permettant ainsi à la transcription de gènes spécifiques. Les deux protéines senseur potentiellement subissent un important changement conformationnel délocalisé lors de la liaison du ligand physiologique à l'hème (CO pour CooA et NO pour DNR). Ici des techniques avancées de spectroscopie optique sont utilisées pour étudier le mécanisme et la voie moléculaire de l'activation / désactivation dans cette classe de protéines. Des interactions protéine-ADN ont été étudiées avec des techniques de fluorescence à l'équilibre et ultrarapide femtoseconde, en utilisant des substrats d'ADN marqués. Une liaison de l'ADN, sensible au ligand physiologique, dans la gamme d'affinité nanomolaire a été déduite des expériences d'anisotropie. Du " quenching " de la fluorescence du marqueur fluorescent par transfert d'énergie à l'hème natif a été observée et la vitesse de ce processus, qui reflète la distance hème-substrat, a été déterminé directement des cinétiques mesurées de la fluorescence. Cette observation ouvre la perspective d'une cartographie des changements conformationnels globaux de la protéine à l'aide des techniques FRET résolu en temps. Les processus primaires dans les mécanismes de bascule des hémo-senseurs concernent la liaison et la dissociation du ligand de l'hème. Des expériences d'absorption femtosecondes transitoires ont été réalisées afin d'étudier la dynamique de ligands dans CooA et DNR proche de l'hème. Dans DNR, après photodissociation de NO, une recombinaison géminée particulièrement rapide et efficace a été observée. Cela renforce fortement l'hypothèse que des senseurs à NO agissent comme des pièges à ligands. En outre, les barrières énergétiques liées à la migration de CO ont été déterminées dans les deux protéines senseurs par des études de la dépendance de la température. Toutes les protéines senseurs 6- coordonnées, qui fonctionnent par l'échange d'un résidu interne et de la molécule de gaz en tant que ligand de l'hème, démontrent une recombinaison sans barrières et une évasion thermiquement activée du CO de la poche de l'hème. En revanche, la barrière pour l'évasion du CO apparaît plus faible ou même absente pour les systèmes 5-coordonnées, comme cela a été trouvé pour le senseur à hème mycobactérien DosT. Ces résultats mettent en évidence un mécanisme général, où des mouvements intra-protéiques similaires sont nécessaires pour les deux, l'échange de ligand et l'évasion de ligand. Pour des raisons de comparaison, les barrières énergétiques ont également été étudiées dans des variantes de la protéine de transfert d'électrons cytochrome c. Ici, un mécanisme plus complexe de barrières multiples dans la voie d'échappement du ligand a été déduit. Cette propriété est proposée de provenir de la nature plutôt rigide de cette protéine non-senseur, qui contient un hème 6-coordonnée et est dépourvu de voies d'entrée de ligand à l'état natif. Enfin, les processus primaires dans les domaines de l'hème, de type sauvage et de mutants, du senseur à oxygène YddV, récemment découvert dans Escherichia coli, ont été étudiés. En particulier, un rôle important dans la dynamique de ligands a été élucidé pour le résidu tyrosine distale. Ce résidu, qui forme des liaisons hydrogène avec O2 et NO liés à l'hème, a un effet remarquablement discriminant: après dissociation respective de l'hème, il assiste fortement à la reliaison de l'O2, mais favorise l'évasion du NO de la poche de l'hème.

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

Cette thèse concerne à la gestion globale à base de modèle des flux énergétiques dans le bâtiment. L'objectif des systèmes de gestion de l'énergie proposés est d'aider les occupants à gérer leur système bâtiment en planifiant la consommation/production des différents équipements présents en fonction des tarifs, de la disponibilité de l'énergie et des usages de l'occupant. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de résolution multi-solveurs s'appuyant sur le paradigme multi-agent.Pour y parvenir, nous avons développé, dans un premier temps, un service multi-phase, qui représente plusieurs phases flexibles avec des niveaux de consommation différents, offrant un niveau de précision supérieure pour des équipements comme une machine à laver. Dans un second temps, notre travail a consisté à proposer une nouvelle approche d'optimisation combinant différents solveurs embarqués dans des agents logiciels. Le résultat est une approche d'optimisation hybride à base d'agents, s'appuyant sur des algorithmes PLNE et des méta-heuristiques.

Cette habilitation à diriger les recherches présente la synthèse des travaux contribuant au développement d'une méthodologie intégrée d'évaluation des impacts environnementaux pour les filières énergétiques. Dans un contexte d'échanges de biens de services à l'échelle mondiale, l'enjeu de l'évaluation de ces impacts environnementaux consiste à répondre aux questions suivantes : Quel impact environnemental ? pour quelle demande ou consommation ? en quel lieu géographique, à quel instant ou à quelle échelle de temps ? Mes travaux s'inscrivent dans une logique de définition d'un cadre conceptuel de référence adapté aux enjeux actuels et de sa mise en place progressive. L'intégration de la réalité spatio-temporelle dans cette méthodologie est un élément essentiel de la réflexion. Les éléments déterminants de ce cadre sont présentés au travers du concept DPSIR (demandes, pressions, états, impacts et réponses). Ils couvrent la compréhension des limites et de la pertinence de l'outil analyse de cycle de vie, et le développement d'une approche de calcul de performance environnementale géo-spatialisée pour une filière de production électrique. Les perspectives du développement de cette méthodologie intégrée d'évaluation sont décrites pour les filières énergétiques.

Ce travail a trait à la gestion des flux énergétiques électriques au sein du réseau embarqué d'un véhicule électrique. Les éléments constitutifs de la chaîne électrique ont été d'abord modélisés à des fins de commande et de simulation. Il est visé ici la minimisation du stress des batteries au plomb via une hybridation avec des supercondensateurs. Deux familles de lois de commande ont été conçues et développées, à savoir des lois de type " fréquentielles " et des lois optimales de type " Linéaires Quadratiques Gaussiennes ". Un banc de test temps réel hybride a été architecturé afin de tester ces lois. Ce banc de test a pour noyau deux simulateurs temps réel (RT-LAB et dSPACE). Une partie de la chaîne de puissance est soit émulée par des sources contrôlées ou réalisée via des maquettes à échelle réduite mais à facteur de similitude respecté. Les essais sur le banc de test ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie.

Parmi la variété de matériaux énergétiques existants, les nanothermites sont aujourd'hui largement étudiées et utilisées grâce à leur caractéristique principale qui est de libérer une grande quantité d'énergie lors de la combustion d'une petite quantité de matériau. Nous avons choisi de travailler avec les nanothermites sous forme d'empilement de couches d'aluminium et d'oxyde de cuivre afin de maximiser cette densité d'énergie (valeur théorique : 21 kJ/cm3) et ainsi optimiser le rendement énergétique du matériau à des fins d'application industrielle. Cette succession de couches nanométriques est réalisable par un procédé de dépôt en phase vapeur (PVD) de type pulvérisation cathodique classique ou réactive. Étant donné que les couches d'aluminium et d'oxyde de cuivre sont déposées alternativement, on observe toujours la formation de couches de mélange aux interfaces, lorsque le matériau est déposé directement au contact de la couche précédente. Ces zones de mélange sont bien identifiées visuellement mais non caractérisées chimiquement : elles sont composées d'aluminium, de cuivre et d'oxygène en proportions inconnues. Ces couches barrières constituent à la fois une barrière physique à l'interdiffusion des espèces, moteur de la réaction chimique énergétique, et une perte de matériau puisque les atomes qui les composent ne sont plus réactifs. Ainsi la nanothermite voit sa stabilité augmentée au détriment de ses performances énergétiques, ce qui pose un problème en termes de fiabilité et de reproductibilité. La maîtrise de la formation de ces couches barrières, en passant par la compréhension des mécanismes mis en jeu durant le procédé de dépôt, est donc un enjeu important vers la maîtrise de la réactivité des nanothermites multicouches Al/CuO. Afin de comprendre comment se passe ce mélange aux interfaces et en déduire la structure résultante de la couche de mélange, nous avons choisi d'utiliser la modélisation puisque l'outil numérique permet aujourd'hui d'étudier la matière à des échelles de taille et de temps non accessibles expérimentalement. La présente thèse est un travail de modélisation multiéchelle constitué de deux phases d'étude correspondant à des échelles physique différentes. Nous y voyons d'abord la réactivité d'une surface d'aluminium au contact de l'oxyde de cuivre grâce à un code commercial (VASP) utilisant la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT). Ensuite nous utilisons ces résultats à l'échelle atomique pour la construction d'un simulateur à l'échelle mésoscopique de type Monte-Carlo cinétique (KMC). Le simulateur mis au point est capable de déposer une couche de matière sur une surface pure d'aluminium Al(111) et permet d'observer un mélange précoce des espèces dans les premiers temps du dépôt. Les premières briques du simulateur étant posées, ce travail est le début d'une étude plus ambitieuse vers l'élaboration d'un outil prédictif de la structure et la composition des couches barrières en fonction des conditions expérimentales de dépôt (température, pressions partielles de la phase gazeuse, temps d'expérience). Cet outil devrait permettre, à terme, de faire de la nanoingéniérie inversée, c'est-à-dire d'adapter les conditions de fabrication des nanothermites en fonction des performances finales désirées.

Ce travail concerne le développement de procédés d'intégration de couches énergétiques de type thermite (constituées d'un oxyde et d'un métal, généralement Al) dans les microsystèmes pour la réalisation de microsources de température pour des applications militaires et civiles (aérospatiale, automobile). Après avoir sélectionné le matériau à formuler, la thermite Al/CuO, notre travail s'est organisé selon deux axes : (1) élaborer et optimiser des technologies de dépôt d'Al/CuO qui permettent de maîtriser autant que possible les caractéristiques stSchiométriques et géométriques à l'échelle nanométrique du matériau déposé pour en contrôler la cinétique et en optimiser la chaleur de décomposition. (2) intégrer la nanothermite dans un micro-initiateur pour explorer les applications de micro-amorçage. Deux procédés de dépôt simples et reproductibles ont été développés: un procédé fondé sur l'oxydation thermique du Cu qui permet la formation de nanofils pour des surfaces inférieures à 1 mm2 et un procédé fondé sur la pulvérisation cathodique réactive qui permet l'obtention d'empilements successifs de nanofeuillets d'Al/CuO d'épaisseur réglable. L'intégration sur plateforme chauffante micro-usinée de ce matériau permet la libération contrôlée de chaleur (1,2 kJ/g) pour une température de réaction de 740 K. La nanothermite, en tant qu'initiateur, permet la mise à feu de propergol au contact et jusqu'à une distance de 270 µm. Nous discutons ensuite des perspectives ouvertes pour réaliser, au moyen de procédés collectifs, des micro-initiateurs pyrotechniques et de l'importance d'outils de modélisation multi-échelle pour aider à la compréhension de la réactivité du matériau.

Afin de répondre à une demande de soins et traitements toujours mieux adaptés et plus performants, des dispositifs médicaux implantables (DMI) ont vu le jour. Il s’agit actuellement de dispositifs isolés et autonomes à l’intérieur de l’organisme hôte, dont la fonction ne nécessite pas d’interaction avec celui-ci, ou uniquement dans un sens (par la libération de molécules par exemple). Une nouvelle génération de DMI dont le fonctionnement s’appuie sur des échanges continus avec l’organisme vivant est toutefois en cours de développement, et un des points clefs de leur élaboration est l’enrobage. En effet, l’interface entre le DMI et le corps joue un rôle primordial puisqu’elle doit assurer une symbiose parfaite entre ces derniers. Les mécanismes inflammatoires et immunitaires étant si complexes et puissants, il est nécessaire de protéger ces dispositifs tout en leur permettant de communiquer avec l’organisme hôte. En outre, cette barrière protège aussi le corps d’éventuels éléments agressifs libérés par l’implant. Ainsi, le travail de recherche décrit dans ce manuscrit concerne la fabrication et la caractérisation d’un matériau qui peut être utilisé pour enrober des dispositifs symbiotiques implantables.Dans ce contexte, les hydrogels d’alcool polyvinylique (Polyvinyl alcohol) : PVA) polymérisés physiquement par un procédé de congélation/décongélation se sont révélés particulièrement intéressants. En effet, leur structure semi-cristalline permet de modifier leur porosité et leurs propriétés mécaniques en faisant varier les paramètres de fabrication. Nous avons donc caractérisé physico-chimiquement les hydrogels de PVA (propriétés mécaniques, porosité, diffusivité), avant d’étudier leur biocompatibilité in vitro et in vivo. Pour finir, nous nous sommes concentrés sur un DMI particulier qu’est la biopile à glucose implantable, en analysant les performances du PVA en tant qu’enrobage d’électrodes.Ainsi, nous avons déterminé un procédé de fabrication permettant d’obtenir une membrane enrobante solide et facile à manipuler, poreuse afin de laisser diffuser le glucose et l’oxygène de manière optimale jusqu’à l’électrode, et protectrice vis-à-vis des protéines de l’organisme de plus grandes tailles. / The development of implantable medical devices (IMD) provides for more efficient treatment in specific healthcare applications. Such devices are isolated and autonomous within the host organism. Their function does not usually require any input from the host, with the main function of the IMD being typically to stimulate tissues (e.g. muscles, nerves) or to release molecules (e.g. osmotic pump). New generations of IMD that rely on the on continuous duplex interactions with the living organism are being developed. The key aspect of such IMD is the interface with the internal environment of the body. This interface plays a crucial role because it must ensure a perfect symbiosis between the IMD and the host. For example, the interface must both protect the IMD from the complex and powerful inflammatory and immune mechanisms in addition to providing an efficient communication pathway with the host organism. Furthermore, this interface also protects the body from the potentially aggressive elements that can be released by the IMD. The research described in this manuscript is focused to the manufacture and characterisation of a material that can be used to coat IMD so as to optimise both the biocompatibility and efficient functions of the IMD.In this context, the research described here has focused on hydrogels of polyvinyl alcohol (PVA) physically polymerized by a freeze/thaw method. Indeed, the semi-crystalline structure of PVA allows modification of the porosity and mechanical properties by varying the parameters of the production process. We therefore performed physico-chemical characterisations of PVA hydrogels (mechanical properties, porosity and diffusivity) before studying in vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility. We tuned the PVA membranes to a specific IMD that relied upon duplex communication for its function (i.e. the implantable glucose biofuel cell) and analyzed the performance of PVA to provide an optimised coating. The results report an optimised manufacturing process for PVA that provides for the IMD (i) a solid and easily handled membrane, (ii) a porous membrane optimised for the diffusion of glucose and oxygen to the IMD bioelectrodes, and (iii) a protective membrane against proteins of larger dimension.

Considérée comme une forme douce de la pyrolyse, la torréfaction apparaît comme une alternative au traitement thermique de la biomasse où elle est chauffée à des températures de 200-300°C en absence partielle ou totale d'oxygène pour produire un combustible solide plus hydrophobe, homogène et de meilleure qualité par rapport à la matière première. Plusieurs technologies de torréfaction ont déjà été développées et mises en œuvre dans l'industrie. Le présent travail a pour objectif principal d'approfondir les connaissances dans le processus de thermo-dégradation de la biomasse pendant la torréfaction. Pour cela, un appareil expérimental innovant a été développé visant à améliorer le traitement thermique du bois en couplant un champ acoustique au facteur température. L'hypothèse est qu'un champ acoustique dans un réacteur modifie le champ de pression et par conséquent la vitesse des particules autour de l'échantillon en modifiant l'interaction entre l'environnement gazeux et les volatiles à la surface du bois, accélérant son processus de dégradation. Avec cet objectif, un système acoustique a été mis en place dans un réacteur. Une caractérisation et une cartographie du comportement acoustique envisageant la mesure du débit acoustique et de son intensité ont été réalisées. Les expériences physiques et chimiques de la torréfaction ont été effectuées pour deux températures de traitement avec et sans influence de l'acoustique, fournissant le rendement massique, les courbes de température et les propriétés chimiques du matériau torrifié. Concomitamment, un modèle numérique de la cinétique et de la composition élémentaire a été établi pour la prédiction du rendement en masse et de la composition en termes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène au cours de la dégradation. Les résultats expérimentaux de la torréfaction, ainsi que l'analyse chimique et la pyrolyse du produit final ont fourni des preuves telles que: réduction du temps de séjour, augmentation de la température interne de l'échantillon et pouvoir calorifique supérieur pour les échantillons traités sous l'influence de l'acoustique. Une dernière comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques a permis d'évaluer la précision du modèle pour le traitement de torréfaction et l'influence de l'acoustique sur la cinétique de dégradation / Considered a mild form of pyrolysis, torrefaction appears as an alternative thermal treatment where the biomass is heated at temperatures between 200-300°C in partial or total absence of oxygen to produce a more hydrophobic, homogeneous and higher calorific solid fuel when compared to the raw material. Several torrefaction technologies have already been developed and implemented in the industry. The present work has as main objective to deepen the knowledge in the biomass thermo-degradation process during torrefaction. For this, an innovative experimental apparatus was developed aiming to improve the wood heat treatment by coupling an acoustic field to the temperature parameter. The assumption is that an acoustic field within a reactor modifies the pressure field and consequently the velocity of the particles around the sample by altering the interaction between the gaseous environment and the released volatile around the wood surface, accelerating its degradation process. With this objective, an acoustic system was implemented in a reactor. A characterization and mapping of the acoustic behavior contemplating the measurement of acoustic flux rate and its intensity was performed. The physical and chemical torrefaction experiments were performed for two treatment temperatures with and without influence of the acoustic, providing the mass yield evolution, the temperature curves and the chemical properties of the torrefied material. Concomitantly, a numerical model of kinetics and elemental composition was established for the mass yield and the composition prediction in terms of carbon hydrogen and oxygen during the degradation. The torrefaction experimental results, as well as the chemical analysis and pyrolysis of the final product, provided evidence such as: reduction of residence time, increase of the samples internal temperature during treatment and a greater calorific power for the samples treated under acoustic influence. A final comparison between experimental and simulation results allowed the evaluation of the torrefaction numerical model and the influence of the acoustics on the degradation kinetics / Considerada uma forma suave de pirólise, a torrefação aparece como alternativa de tratamento térmico da biomassa, onde essa é aquecida a temperaturas de 200 - 300 ° C em ausência parcial ou total de oxigênio visando produzir um combustível sólido mais hidrofóbico, homogêneo e com maior teor de carbono quando comparado à matéria-prima. Várias tecnologias de torrefação já foram desenvolvidas e implementadas na indústria. O presente trabalho tem como objetivo principal aprofundar o conhecimento no processo de termo-degradação da biomassa durante a torrefação. Para isso um inovador aparato experimental foi desenvolvido visando aprimorar o tratamento térmico da madeira acoplando um campo acústico ao fator temperatura. O pressuposto é que um campo acústico dentro de um reator modifica o campo de pressão e, consequentemente, a velocidade das partículas ao redor da amostra alterando a interação entre o ambiente gasoso e os voláteis na superfície da madeira, acelerando o seu processo de degradação. Com este objetivo, um sistema acústico foi implementado em um reator. Uma caracterização e mapeamento do comportamento acústico contemplando a aferição da taxa de fluxo acústica e da sua intensidade foi executada. Os experimentos físicos e químicos da torrefação foram realizados para duas temperaturas de tratamento com e sem influência da acústica, fornecendo o rendimento mássico, as curvas de temperaturas e as propriedades químicas do material torrificado. Concomitantemente, foi estabelecido um modelo numérico da cinética e da composição elementar para a predição do rendimento mássico e da composição em termos de carbono hidrogênio e oxigênio durante a degradação. Os resultados experimentais da torrefação, bem como a análise química e pirólise do produto final, forneceram evidências como: redução do tempo de residência, aumento da temperatura interna da amostra e um maior poder calorífico para as amostras tratadas sobre influência da acústica. Uma comparação final entre resultados experimentais e numéricos permitiram a avaliação da precisão do modelo para o tratamento de torrefação e a influência da acústica na cinética de degradação