Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse s'inscrit dans un objectif à long terme de déterminer in situ (et/ou en usage) les propriétés thermiques des matériaux isolants du bâtiment. Notre objectif est de réduire l'écart entre la mesure en laboratoire et la performance réelle des isolants dans les parois de bâtiments. Nous nous sommes fixés deux objectifs principaux au cours de cette étude: 1- Étudier la possibilité d'utiliser la sonde cylindre à choc thermique pour la mesure des caractéristiques thermiques des matériaux isolants du bâtiment. 2- Étudier le comportement thermique d'un isolant en usage en utilisant un montage basé sur le principe de la boite chaude gardée. Cet équipement permet d'effectuer des études dans des conditions climatiques en température et en humidité proches de situations réelles supportées par l'enveloppe d'un bâtiment. Ce travail a permis d'identifier des verrous lors de l'utilisation d'une sonde à choc thermique pour caractériser des matériaux isolants. Il a aussi montré l'intérêt de la boite chaude gardée pour effectuer des études dans des conditions réelles et pour étudier les transferts de chaleur et de masse dans les parois de bâtiments / This thesis is part of a long-term objective to determine in situ (and / or in use) the thermal properties of building insulation materials. We want to reduce the gap between the laboratory measurement and the actual performance of insulation in buildings walls. We have set two main objectives during this study: 1- To study the possibility of using a non-steady state hot probe for measuring thermal properties of insulants. 2- To study the thermal behaviour of insulation materials in use by using a guarded hot box. Climatic conditions in temperature and humidity close to real situations can be submitted supported by hot and cold cells. This work has shown the interest of using thermal probe to characterize insulating materials. Guarded hot box is also interesting for studies in real conditions and to followheat and mass transfer in buildings walls

Ce mémoire présente des résultats de caractérisation en transport électrique d’une double boîte quantique latérale en silicium de type MOSFET (transistor à effet de champ métal-oxyde-semi- conducteur). La double boîte permet d’isoler des électrons dans les trois dimensions, tout d’abord en formant un gaz bidimensionnel de porteurs de charge près de la surface du substrat sous l’effet d’une grille d’accumulation, puis en déplétant certaines régions du gaz d’électrons avec des grilles de déplétion en polysilicium. Le dispositif a été fabriqué aux Sandia National Laboratories par l’équipe de Malcolm S. Carroll. Les mesures en transport électrique suggèrent l’atteinte du régime à un seul électron à une température relativement élevée de 1.5 K. En effet, des mesures de diamants de Coulomb montrent un diamant associé à la région à zéro électron qui ne se referme pas pour des biais source-drain supérieurs à 30 meV. Il s’agit d’une forte indication que les boîtes quantiques ont bien été vidées, bien que le nombre exact d’électrons n’ait pas pu être confirmé directement par détection de charge. Le diagramme de stabilité obtenu à une température de 8 mK indique la formation d’une double boîte quantique lithographique très stable. Enfin, l’étude des triangles de conduction à fort biais source-drain dans les polarités positive et négative permet d’observer le phénomène du blocage de spin sous l’application d’un champ magnétique parallèle de 450 mT. Une séparation singulet-triplet de ~ 400 μeV en est extraite, indiquant possiblement une levée importante de la dégénérescence de vallée associée au silicium. Les résultats présentés dans ce mémoire constituent l’une des premières observations de l’isolation d’un seul électron dans une double boîte quantique en silicium de type MOSFET. Il s’agit aussi de la première observation du blocage de spin en transport dans ces dispositifs. Ces observations font partie des étapes initiales à réaliser pour obtenir des qubits de spin performants dans le silicium, un matériau pour lequel des longs temps de cohérence sont anticipés.

Dans ce travail, un circuit de détection de charge radiofréquence est construit et caractérisé à l'aide d'un dispositif de boîte quantique. Les radiofréquences permettent d'obtenir des mesures résolues en temps plus rapides par rapport à la méthode classique en courant continu. Cette méthode de détection est effectuée par réflectométrie d'un circuit RLC résonant dont fait partie le détecteur de charge du dispositif. L'intégration d'un condensateur à capacité variable à large plage est étudiée. On trouve que cette composante est nécessaire à l'adaptation rapide et efficace des nouveaux dispositifs au circuit. En plus de la capacité variable, le circuit comporte plusieurs paramètres à optimiser. Il s'agit de la conductance du détecteur de charge, la fréquence et la puissance du signal radiofréquence. Un protocole d'optimisation de ces paramètres a été mis sur pied. On obtient la sensibilité à la conductance du circuit radiofréquence de détection de charge. Elle est équivalente à celle des meilleurs circuits présents dans la littérature. On propose d'améliorer le détecteur de charge du dispositif, pour obtenir une meilleure sensibilité à la charge. Le circuit radiofréquence permet également d'effectuer la caractérisation du couplage tunnel d'un dispositif de double boîte quantique en silicium par la méthode des statistiques de comptage. Cette mesure aurait été impossible avec le circuit en courant continu. On a pu confirmer le comportement exponentiel du couplage tunnel en fonction de la tension appliquée sur une grille électrostatique. Les résultats de ce mémoire confirment que le circuit de détection de charge radiofréquence construit permet d'effectuer des mesures avec une meilleure résolution temporelle qu'en courant continu. Cette résolution ouvre la porte à une toute une gamme de mesures sur les dispositifs de boîtes quantiques qui étaient impossibles avec le circuit précédent, telles que la mesure en temps réel du spin de l'électron.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail est porté sur les propriétés structurales et optiques de structures à boîtes quantiques III-nitrures dopées avec des terres rares réalisées par épitaxie à jets moléculaires.<br />Pendant la croissance, les terres rares ont une influence drastique sur les boîtes, expliquée par les propriétés surfactantes des atomes de terres rares.<br />La caractérisation optique et structurale montre que les boîtes sont dopées efficacement avec les ions de Eu, Tm et Tb. D'autres localisations des terres rares ont été trouvées, par exemple, pour le Tm, à l'interface du GaN des boîtes et de l'AlN.<br />Ce travail s'intéresse aussi à la dynamique d'excitation de boîtes quantiques dopées aux terres rares. La photoluminescence de couleurs intéressantes est stable de la température de l'hélium liquide jusque la température ambiante.<br />Des structures à boîtes quantiques plus complexes sont aussi abordées : des boîtes InGaN:Eu QDs et des boîtes GaN co-dopées, importante pour la réalisation de composants.<br />Une attention particulière a été mise sur les couches de GaN dopé Eu, où différents sites pour l'Eu ont été mis en évidence près de surface et à l'intérieur de matériau.

L’objectif de cette étude est de caractériser le bruit de graillonnement des boîtes de vitesses automobiles, qui résulte des chocs entre les pignons au niveau des rapports non engagés, sous l’effet des fluctuations de vitesses imposées par le moteur. Outre les paramètres de conception de la boîte de vitesses et les conditions de fonctionnement, les paramètres qui gouvernent la réponse dynamique des pignons fous sont les couples de traînée et les caractéristiques des contacts qui gouvernent les chocs entre dents. Un modèle numérique non linéaire a été élaboré pour caractériser la réponse dynamique d’un pignon fou. Il permet d’identifier le seuil d’excitation au-delà duquel le phénomène de graillonnement apparaît et de qualifier la très grande diversité de comportements dynamiques susceptibles d’être observés, en fonction du niveau d’excitation adimensionnée, du jeu de denture et du coefficient de restitution des chocs entre dents. Les paramètres inconnus ont été identifiés expérimentalement, grâce à l’exploitation d’un banc d’acyclisme et l’implémentation de codeurs optiques sur les pignons menant et fou. Des essais en réponse libre amortie ont permis de discriminer les différentes sources de dissipation(roulements, palier du pignon fou, barbotage, etc.) et de valider les modèles permettant d’identifier le couple de traînée s’exerçant sur chaque pignon fou. D’autres essais en régime de fonctionnement stationnaire ont permis de décrire le coefficient de restitution des chocs entre les pignons, sa dispersion et sa variation avec la vitesse d’impact. Les mesures effectuées sous une excitation maîtrisée ont permis de caractériser le comportement dynamique du pignon fou et de valider les hypothèses retenues et les résultats numériques obtenus par le modèle non linéaire, recalé à partir des paramètres préalablement identifiés. Enfin, l’analyse du transfert entre les impulsions générées au niveau des pignons et la réponse vibratoire du carter a permis d’évaluer expérimentalement et numériquement le critère qui qualifie le bruit de graillonnement rayonné par la boîte de vitesses. La mise en oeuvre du modèle numérique permet d’analyser l’influence des paramètres de conception de la boîte de vitesses et de proposer des solutions qui minimisent le graillonnement, pour l’ensemble des rapports de la boîte et des conditions de fonctionnement. / The aim of this work is to characterize the rattle noise of automotive gearboxes, resulting from impacts between toothed wheels of unselected gear ratios. Dynamic response of idle gears firstly depends on design parameters and engine operating conditions. The unknown parameters are the drag torque acting on the idle gear and characteristics of impacts between teeth.A non linear dynamic model has been developed in order to identify dynamic response of idle gears. It allows identification of excitation threshold beyond which rattle noise rises, and describes the wide variety of dynamic behaviors that are likely to appear, depending on the dimensionless excitation amplitude, the clearance between gears and the restitution coefficient of impacts between teeth. The unknown parameters have been identified experimentally through implementation of optical encoders in the gearbox and the operation of a specific acyclism test bench. Analysis of the free damped response of the gearbox allowed discrimination of the different dissipation sources (bearings, connection between idle gear and shaft, churning, etc.). Models proposed to identify the drag torque have been validated. Further tests under stationary operating conditions allowed measurement of the restitution coefficient of impacts and its velocity dependent probability density function. Experiments under controlled excitation were used to characterize the dynamic behavior of the idle gear and validate the assumptions and the numerical results obtained from the non linear dynamic model, fitted with the parameters previously identified. Finally, the transfer between the impulses generated at the gears and the housing vibration has been investigated to evaluate experimentally and numerically the criterion used to describe the rattle noise radiated from the gearbox. The implementation of the model allows analysis of the influence of the gearbox design parameters and solutions that minimize rattle noise can be proposed for all gear ratios and operating conditions of the gearbox.

L’inquiétude croissante concernant le futur des ressources énergétique a fait de l’optimisation énergétique une priorité dans tous les secteurs. De nombreux sujets de recherche se sont focalisés sur celui du bâtiment étant le principal consommateur d’énergie, en particulier à cause de ses besoins en chauffage. L’application des stratégies de contrôle et de gestion innovantes peuvent contribuer à des économies d'énergie. L'objectif de cette thèse est d'introduire le concept intelligent dans les bâtiments pour réduire la consommation d'énergie. L'étude vise à développer un modèle permettant de prédire le comportement thermique des bâtiments. La thèse propose une méthodologie basée sur la sélection des paramètres d'entrée pertinents, après une analyse de pertinence, pour développer un modèle simplifié de réseau de neurones artificiel, utilisé pour la prévision de température intérieure. Le domaine intelligent nécessite un processus automatisé pour comprendre la dynamique des bâtiments et décrire ses caractéristiques. L’utilisation des modèles thermiques réduits convient pour de telles stratégies. Ainsi, la thèse présente une étude préliminaire pour la génération d'un processus automatisé pour déterminer la prévision de température intérieure à court terme et les caractéristiques des bâtiments basées sur la modélisation en boîte grise. Cette étude est basée sur une méthodologie capable de trouver l'ensemble de données le plus fiable qui décrit le mieux la dynamique du bâtiment. L'étude montre que l'ordre le plus performant pour les modèles réduits est régi par la dynamique des données collectées utilisées. / With the highly developing concerns about the future of energy resources, the optimization of energy consumption becomes a must in all sectors. A lot of research was dedicated to buildings regarding that they constitute the highest energy consuming sector mainly because of their heating needs. Technologies have been improved and several methods are proposed for energy consumption optimization. Energy saving procedures can be applied through innovative control and management strategies. The objective of this thesis is to introduce the smart concept in the building system to reduce the energy consumption, as well as to improve comfort conditions and users’ satisfaction. The study aims to develop a model that makes it possible to predict thermal behavior of buildings. The thesis proposes a methodology based on the selection of pertinent input parameters, after a relevance analysis of a large set of input parameters, for the development of a simplified artificial neural network (ANN) model, used for indoor temperature forecasting. This model can be easily used in the optimal regulation of buildings’ energy devices. The smart domain needs an automated process to understand the buildings’ dynamics and to describe its characteristics. Such strategies are well described using reduced thermal models. Thus, the thesis presents a preliminary study for the generation of an automated process to determine short term indoor temperature prediction and buildings characteristics based on grey-box modeling. This study is based on a methodology capable of finding the most reliable set of data that describes the best the building’s dynamics. The study shows that the most performant order for reduced-models is governed by the dynamics of the collected data used.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Un ordinateur quantique est un ordinateur formé de bits quantiques (qubits) qui tire profit des propriétés quantiques de la matière. Un grand intérêt est porté au développement d’un tel ordinateur depuis qu’il a été montré que le calcul quantique permettrait d’effectuer certains types de calculs exponentiellement plus rapidement qu’avec les meilleurs algorithmes connus sur un ordinateur classique. D’ailleurs, plusieurs algorithmes ont déjà été suggérés pour résoudre efficacement des problèmes tels que la factorisation de grands nombres premiers et la recherche dans des listes désordonnées. Avant d’en arriver à un ordinateur quantique fonctionnel, certains grands défis doivent être surmontés. Un de ces défis consiste à fabriquer des qubits ayant un temps d’opération nettement inférieur au temps de cohérence (temps durant lequel l’état du qubit est conservé). Cette condition est nécessaire pour parvenir à un calcul quantique fiable. Pour atteindre cet objectif, de nombreuses recherches visent à augmenter le temps de cohérence en choisissant judicieusement les matériaux utilisés dans la fabrication des qubits en plus d’imaginer de nouvelles méthodes d’utiliser ces dispositifs pour diminuer la durée des opérations. Une manière simple d’implémenter un qubit est de piéger quelques électrons dans l’espace et d’utiliser l’état de spin de cet ensemble d’électrons pour encoder les états du qubit. Ce type de dispositif porte le nom de qubit de spin. Les boîtes quantiques (BQs) latérales fabriquées sur des substrats de GaAs/AlGaAs sont un exemple de qubit de spin et sont les dispositifs étudiés dans ce mémoire. En 2007, Pioro-Ladrière et al. ont suggéré de placer un microaimant à proximité d’une BQ pour créer un gradient de champ magnétique non-uniforme et permettre d’effectuer des rotations de spin à l’aide d’impulsions électriques rapides. Ce mémoire présente comment modifier la géométrie de ces microaimants pour obtenir un plus grand gradient de champ magnétique dans la BQ. Une nouvelle technique de contrôle de spin menant à des rotations de spin et de phase plus rapides sera aussi détaillée. Enfin, il sera montré que le département de physique de l’Université de Sherbrooke possède tous les outils nécessaires pour implémenter cette méthode.