Depuis une dizaine d'années, on observe un développement de l'électronique embarquée intégrée à la plupart des objets que nous utilisons au quotidien. Il s'agit maintenant de les interconnecter en créant des réseaux embarqués connectés tels que les réseaux de capteurs autonomes sans fils. La miniaturisation des composants permet d'envisager une autonomie énergétique de ces réseaux composés de capteurs, récupérateurs d'énergie et de micro-batteries. Cependant la faible durée de vie des batteries et leur puissance limitée sont problématiques pour de telles applications. Les micro-supercondensateurs représentent une alternative pertinente pour la gestion de l'énergie dans les systèmes embarqués, notamment grâce à leur durée de vie très élevée. L'objectif de cette thèse concerne l'optimisation des performances de ces dispositifs en termes de densité de puissance et d'énergie. La capacité du supercondensateur étant proportionnelle à la surface électrochimiquement active des électrodes, nous nous sommes donc intéressés à la structuration de collecteurs de courant en or pour optimiser les performances des micro-supercondensateurs à base d'oxyde de ruthénium. Nous avons sélectionné deux principales techniques pour fabriquer une structure tridimensionnelle de l'or. Dans un premier temps, le dépôt physique d'or par évaporation à angle oblique (OAD) nous a permis de réaliser un substrat colonnaire suivi d'un dépôt d'oxyde de ruthénium. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place un dépôt électrochimique d'or avec un modèle dynamique à bulles d'hydrogène. Cette technique permet la fabrication d'une structure d'or en trois dimensions par le biais d'un dépôt d'or réalisé simultanément avec une évolution d'hydrogène. L'électrodéposition de l'oxyde de ruthénium sur cette structure poreuse a montré une très bonne compatibilité notamment en terme d'homogénéité du dépôt, une forte capacité à faible vitesse de balayage (> 3 F/cm2) et une bonne cyclabilité. Pour tester les performances de ces électrodes, nous avons réalisé un dispositif complet en configuration empilée présentant de bonnes caractéristiques. Cette technologie de fabrication a pu par ailleurs être transférée à la micro-échelle pour des dispositifs planaires à l'aide de procédés de photolithographie sur électrodes interdigitées. / The increasing importance of portable and wearable electronics as well as embedded wireless sensor networks has made energy autonomy a critical issue. Micro-energy autonomy solutions based on the combination of energy harvesting and storage may play a decisive role. However, the short lifetime of micro-batteries is problematic. Micro-supercapacitors are a promising solution in terms of energy storage for embedded systems on the account of their important lifetime. In this work we have focused on the optimization of the performances of micro-supercapacitors in terms of energy and power density. As the capacitance is directly related to the accessible surface area of the electrodes, we have investigated the structuration of the current collectors in order to improve the performances of ruthenium oxide-based micro-supercapacitors. Two mains technics have been studied to obtain three dimensional structures. In a first phase, the oblique angle physical vapor deposition (OAD) has been investigated to fabricate a columnar gold structure, subsequently covered by an electrochemical ruthenium oxide. In a second phase, a highly porous gold architecture has been studied using electrodeposition via a hydrogen bubbles dynamic template. The ruthenium oxide electrodeposited on the resulting mesoporous gold structure shows good compatibility, in terms of homogeneous deposition, with a significant capacitance at slow rate (> 3F.cm-2) and an important cyclability. As proof of concept, a device has been designed in a stack configuration with good performances. Moreover, the technology finalized for electrodes fabrication has been transferred to the micro-scale on planar interdigitated devices using a suitable photolithography process.

Depuis plusieurs années, l’agrégation de données sont considérés comme un domaine émergent et prometteur tant dans le milieu universitaire que dans l’industrie. L’énergie et la capacité du réseau seront donc économisées car il y aura moins de transmissions de données. Le travail de cette thèse s’intéresse principalement aux fonctions d’agrégation Nous faisons quatre contributions principales. Tout d’abord, nous proposons deux nouvelles métriques pour évaluer les performances des fonctions d’agrégations vue au niveau réseau : le taux d’agrégation et le facteur d’accroissement de la taille des paquets. Le taux d’agrégation est utilisé pour mesurer le gain de paquets non transmis grâce à l’agrégation tandis que le facteur d’accroissement de la taille des paquets permet d’évaluer la variation de la taille des paquets en fonction des politiques d’agrégation. Ces métriques permettent de quantifier l’apport de l’agrégation dans l’économie d’énergie et de la capacité utilisée en fonction du protocole de routage considéré et de la couche MAC retenue. Deuxièmement, pour réduire l’impact des données brutes collectées par les capteurs, nous proposons une méthode d’agrégation de données indépendante de la mesure physique et basée sur les tendances d’évolution des données. Nous montrons que cette méthode permet de faire une agrégation spatiale efficace tout en améliorant la fidélité des données agrégées. En troisième lieu, et parce que dans la plupart des travaux de la littérature, une hypothèse sur le comportement de l’application et/ou la topologie du réseau est toujours sous-entendue, nous proposons une nouvelle fonction d’agrégation agnostique de l’application et des données devant être collectées. Cette fonction est capable de s’adapter aux données mesurées et à leurs évolutions dynamiques. Enfin, nous nous intéressons aux outils pour proposer une classification des fonctions d’agrégation. Autrement dit, considérant une application donnée et une précision cible, comment choisir les meilleures fonctions d’agrégations en termes de performances. Les métriques, que nous avons proposé, sont utilisées pour mesurer la performance de la fonction, et un processus de décision markovien est utilisé pour les mesurer. Comment caractériser un ensemble de données est également discuté. Une classification est proposée dans un cadre précis. / Wireless Sensor Networks (WSNs) have been regarded as an emerging and promising field in both academia and industry. Currently, such networks are deployed due to their unique properties, such as self-organization and ease of deployment. However, there are still some technical challenges needed to be addressed, such as energy and network capacity constraints. Data aggregation, as a fundamental solution, processes information at sensor level as a useful digest, and only transmits the digest to the sink. The energy and capacity consumptions are reduced due to less data packets transmission. As a key category of data aggregation, aggregation function, solving how to aggregate information at sensor level, is investigated in this thesis. We make four main contributions: firstly, we propose two new networking-oriented metrics to evaluate the performance of aggregation function: aggregation ratio and packet size coefficient. Aggregation ratio is used to measure the energy saving by data aggregation, and packet size coefficient allows to evaluate the network capacity change due to data aggregation. Using these metrics, we confirm that data aggregation saves energy and capacity whatever the routing or MAC protocol is used. Secondly, to reduce the impact of sensitive raw data, we propose a data-independent aggregation method which benefits from similar data evolution and achieves better recovered fidelity. Thirdly, a property-independent aggregation function is proposed to adapt the dynamic data variations. Comparing to other functions, our proposal can fit the latest raw data better and achieve real adaptability without assumption about the application and the network topology. Finally, considering a given application, a target accuracy, we classify the forecasting aggregation functions by their performances. The networking-oriented metrics are used to measure the function performance, and a Markov Decision Process is used to compute them. Dataset characterization and classification framework are also presented to guide researcher and engineer to select an appropriate functions under specific requirements.

Cette thèse étudie l’organisation longitudinale du lit du Rhône français et son évolution depuis plus d’un siècle afin d’améliorer la gestion des sédiments du fleuve. Elle décrit d’abord la complexité géographique, géologique, et hydrologique des 512 km du système fluvial. Les extractions, l’endiguement, la chenalisation et les aménagements hydroélectriques ont simplifié le tracé latéral du chenal, incisé et pavé le fond du lit et appauvri les habitats aquatiques et riverains. La thèse caractérise ensuite plus précisément les dynamiques de fond. Elle repose sur des données bathymétriques de 1897-2010 et sur des données granulométriques issues de plus de 300 prélèvements réalisés dans le cadre de ces travaux sur l’ensemble du linéaire. Un protocole d’échantillonnage homogène a été spécialement élaboré. Les variations altimétriques du lit (zones de stockage-érosion et faciès morphologiques) et sa composition granulométrique (zones pavées ou comblées par des fines) ont été caractérisées afin d’évaluer la mobilité potentielle de la charge de fond, les apports des affluents et l’impact des ouvrages sur les conditions de transport. Il ressort 1) que l’incision du lit est principalement due à la chenalisation, 2) que les aménagements hydroélectriques ont compartimenté le continuum en provoquant le stockage de sédiments fins dans certaines retenues et en favorisant le pavage dans les vieux Rhône à l’aval de Lyon et 3) qu’une dynamique résiduelle subsiste lors de crues majeures avec une remobilisation modérée de la charge de fond. Les données des secteurs les plus pavés ont été intégrées dans un modèle hydraulique 1D permettant de quantifier la capacité de transport et le débit solide et confirmant les résultats précédents. Ces travaux permettent de formuler des recommandations de gestion durable et de restauration écologique du fleuve telles que l’ouverture des vannes de fond en crue, la modification des consignes aux barrages ou la réinjection de graviers. / This thesis studies the French Rhone riverbed longitudinal organisation and its evolution over a century, with a view to improve the management strategy for the sediments. It first describes the geographic, geologic and hydrologic peculiarities of the 512-km long fluvial system. Gravel mining, dikes construction, channelization and dams construction have simplified the lateral pattern of the channel, incised and paved the riverbed and impoverished the aquatic and riparian habitats. The thesis then more precisely characterizes the riverbed dynamics. It relies on bathymetric data collected since 1897 and on grainsize data collected specifically for this study from over 300 samples on the whole 512-km river length. An homogeneous sampling protocol was elaborated on purpose. The vertical bed evolution and grainsize distribution were analysed to assess the riverbed potential mobility, tributaries’ sediment recharge and infrastructures’ impact on sediment transport. It thus appears that 1) riverbed incision is mainly due to channelization, 2) hydroelectric dams partitioned the continuum with the accumulation of fine sediments in some backwaters and the pavement of bypassed reaches downstream of Lyon and 3) a residual dynamic persists during major floods, with moderate gravels transport. The data of paved reaches were used in a 1D hydraulic model to quantify transport capacity and bedload discharge, confirming the aforementioned results. This study helps formulate such recommendations for sustainable river management and ecological restoration as opening slush gates during floods, changing dams management instructions or reinjecting gravel.

L’intégration des supercondensateurs dans les applications de type véhicule hybride nécessite la connaissance de leur comportement au cours du vieillissement. Ainsi, l’objectif de cette thèse est l’évaluation du vieillissement et la définition d’un modèle permettant la prédiction de l’état de santé des supercondensateurs. Les résultats de vieillissement sont présentés en s’intéressant principalement à l’évolution des performances durant le vieillissement accéléré en fonction de la température, de la tension et de la durée des arrêts dans le cas du cyclage. Un modèle de vieillissement est défini pour décrire l’évolution des performances en s’attachant aux principaux mécanismes de vieillissement. / The integration of ultracapacitors in applications like hybrid requires knowledge of their behavior during aging. Thus, the objective of this thesis is the evaluation of aging and the definition of a model for predicting the health of supercapacitors. The aging results are presented focusing mainly on the evolution of performance during accelerated aging function of temperature, voltage and duration of stops in the case of cycling. An aging model is defined to describe the evolution of performance by focusing on the key mechanisms of aging.

Le renforcement des fondations par soil mixing consiste à créer dans le sol des colonnes à module mixte obtenues en mélangeant le sol sur place avec un liant hydraulique. Ces colonnes, qui possèdent des caractéristiques mécaniques entre celles du béton et celles du sol, permettent d’améliorer la portance du sol d’assise et réduire les tassements excessifs des structures surjacentes. Ce travail de recherche consiste en une étude du comportement des fondations superficielles renforcées par des colonnes de soil mixing. Il vise à mettre en exergue les améliorations que cette technique apporte en termes d’augmentation de la capacité portante et de réduction des tassements. Dans une première étape, un matériau de soil mixing est formulé à partir d’un sable d’Hostun et d’un ciment CEM III. Une étude préalable a été réalisée pour déterminer les caractéristiques mécaniques de ce matériau de soil mixing, du sable d’Hostun, ainsi que les propriétés d’interface sable d’Hostun - soil mixing. Dans une seconde étape, une cuve expérimentale a été conçue pour permettre la réalisation de la procédure expérimentale du renforcement du sable par des colonnes de soil mixing. Plusieurs configurations du modèle physique ont été testées: Il s’agit d’essais de chargement sur fondations superficielles reposant sur un massif renforcé ou non. La taille de la semelle, le nombre des colonnes de renforcement, leurs âges, la densité de sol ainsi que le type de renforcement (renforcement type fondation mixte ou inclusion rigide) sont des paramètres dont l’effet a été étudié. Les essais de caractérisation, la conception du modèle expérimentale ainsi que les essais de chargement réalisés ont permis de mieux comprendre le comportement du sol renforcé. La connaissance des paramètres géomecaniques du sol et du matériau de soil mixing a permis de comprendre l’évolution de la capacité portante des semelles en présence des colonnes de renforcement. La présence d’un horizon porteur dans lequel les colonnes sont encastrées fait augmenter significativement la capacité portante de la semelle. Dans le cas du renforcement type inclusions rigides, l’augmentation de l’épaisseur du matelas granulaire réduit la capacité portante de la semelle renforcée. Cependant, elle fait augmenter la contribution des colonnes de renforcement dans la reprise des efforts appliqués sur la semelle. Une confrontation a été réalisée entre les résultats expérimentaux des essais de chargement et les résultats provenant d’un modèle éléments finis mis en œuvre avec le logiciel Abaqus. Les paramètres utilisés proviennent de nos essais de caractérisation réalisés dans le cadre de cette étude. Le modèle a présenté des résultats satisfaisant et a réussi de reproduire le comportement physique des semelles renforcées. Le modèle n’a non seulement réussi à reproduire les essais de chargement à l’échelle d’une colonne, mais aussi à l’échelle des semelles renforcées par une seule colonne et par quatre colonnes. / The reinforcement of shallow foundations by soil mixing consists on mixing the soil beneath with a hydraulic binder in order to obtain columns with mixed modulus. These columns, which have mechanical properties bounded between those of concrete and those of soil, can improve the soil bearing capacity and reduce excessive settlements as well. This research work is a phenomenological and quantitative study of the behavior of shallow foundations reinforced by soil mixing columns. It leads to analyze and highlight improvements that this technology brings in terms of bearing capacity increase and settlement reduction. In a first step, a soil mixing material is formulated from Hostun sand and cement CEM III. A preliminary study is conducted to determine the mechanical characteristics of the soil mixing material, Hostun sand and sand – soil mixing interface. In a second step, an experimental tank is designed to allow the installation of 1 m3 of hostun sand under different density. The experimental procedure allows also the installation of soil mixing columns that reinforce the soil. Finally a device is installed in order to carry on loading tests. Different configurations of the physical model were tested. Loading tests are carried on soil mixing columns and on unreinforced and reinforced shallow foundations. Size of the foundation, number of reinforcing columns, their age, soil density and type of reinforcement (rigid inclusion or mixed foundation) are parameters we change during this study. The characterization tests, the design of the experimental model, and the loading tests helped us to better understand the behavior of the reinforced soil. The knowledge of geomechanical parameters of soil and soil mixing material allowed us to understand the evolution of the bearing capacity of the reinforced foundations. The presence of a carrier horizon, in which the tip columns is embedded, leads to significantly increase the bearing capacity of the foundation. In the rigid inclusions reinforcement case, the increasing of granular mattress thickness reduces the bearing capacity of the reinforced foundation. However, it increases the part of the loading transmitted to soil mixing columns. A comparison was made between the experimental results of loading tests and the results of a finite element model implemented with Abaqus software. Model parameters are taken from our material characterization study. It is proven that the model developed is able to reproduce not only loading tests at column scale, but alsot at reinforced foundations scale.

Abstract : Recently, there is a great interest to study the flow characteristics of suspensions in different environmental and industrial applications, such as snow avalanches, debris flows, hydrotransport systems, and material casting processes. Regarding rheological aspects, the majority of these suspensions, such as fresh concrete, behave mostly as non-Newtonian fluids. Concrete is the most widely used construction material in the world. Due to the limitations that exist in terms of workability and formwork filling abilities of normal concrete, a new class of concrete that is able to flow under its own weight, especially through narrow gaps in the congested areas of the formwork was developed. Accordingly, self-consolidating concrete (SCC) is a novel construction material that is gaining market acceptance in various applications. Higher fluidity characteristics of SCC enable it to be used in a number of special applications, such as densely reinforced sections. However, higher flowability of SCC makes it more sensitive to segregation of coarse particles during flow (i.e., dynamic segregation) and thereafter at rest (i.e., static segregation). Dynamic segregation can increase when SCC flows over a long distance or in the presence of obstacles. Therefore, there is always a need to establish a trade-off between the flowability, passing ability, and stability properties of SCC suspensions. This should be taken into consideration to design the casting process and the mixture proportioning of SCC. This is called “workability design” of SCC. An efficient and non-expensive workability design approach consists of the prediction and optimization of the workability of the concrete mixtures for the selected construction processes, such as transportation, pumping, casting, compaction, and finishing. Indeed, the mixture proportioning of SCC should ensure the construction quality demands, such as demanded levels of flowability, passing ability, filling ability, and stability (dynamic and static). This is necessary to develop some theoretical tools to assess under what conditions the construction quality demands are satisfied. Accordingly, this thesis is dedicated to carry out analytical and numerical simulations to predict flow performance of SCC under different casting processes, such as pumping and tremie applications, or casting using buckets. The L-Box and T-Box set-ups can evaluate flow performance properties of SCC (e.g., flowability, passing ability, filling ability, shear-induced and gravitational dynamic segregation) in casting process of wall and beam elements. The specific objective of the study consists of relating numerical results of flow simulation of SCC in L-Box and T-Box test set-ups, reported in this thesis, to the flow performance properties of SCC during casting. Accordingly, the SCC is modeled as a heterogeneous material. Furthermore, an analytical model is proposed to predict flow performance of SCC in L-Box set-up using the Dam Break Theory. On the other hand, results of the numerical simulation of SCC casting in a reinforced beam are verified by experimental free surface profiles. The results of numerical simulations of SCC casting (modeled as a single homogeneous fluid), are used to determine the critical zones corresponding to the higher risks of segregation and blocking. The effects of rheological parameters, density, particle contents, distribution of reinforcing bars, and particle-bar interactions on flow performance of SCC are evaluated using CFD simulations of SCC flow in L-Box and T-box test set-ups (modeled as a heterogeneous material). Two new approaches are proposed to classify the SCC mixtures based on filling ability and performability properties, as a contribution of flowability, passing ability, and dynamic stability of SCC. / Résumé : Récemment, il y a un grand intérêt à étudier les caractéristiques d'écoulement des suspensions dans différentes applications environnementales et industrielles, telles que les avalanches des neiges, les coulées de débris, les systèmes de transport et les processus d’écoulement des matériaux. En ce qui concerne les aspects rhéologiques, la plupart des suspensions, comme le béton frais, se comportent comme un fluide non-Newtonien. Le béton est le matériau de construction le plus largement utilisé dans le monde. En raison de limites qui caractérisent le béton normal en termes de maniabilité et de capacité de remplissage de coffrage, il était nécessaire de développer une nouvelle classe de béton qui peut couler sous son propre poids, en particulier à travers les zones congestionnées du coffrage. Par conséquent, le béton autoplaçant (BAP) est un nouveau matériau de construction qui est de plus en plus utilisé dans les différentes applications. Étant donné sa fluidité élevée de BAP peut être utilisé dans certaines applications particulières, notamment dans la section densément renforcée. Cependant, la fluidité élevée rend le béton plus sensible à la ségrégation des gros granulats pendant l'écoulement (la ségrégation dynamique) et ensuite au repos (ségrégation statique). La ségrégation dynamique peut augmenter lorsque le BAP est coulé sur une longue distance ou en présence d'obstacles. Par conséquent, il est toujours nécessaire d'établir un compromis entre la fluidité, la capacité de passage, et la stabilité du BAP. Ceci doit être pris en considération afin de concevoir le processus de coulée et dosage des mélanges du BAP. Ceci est appelé la conception d'ouvrabilité du BAP. Une conception de maniabilité efficace et non coûteuse peut être achevée à travers la e prévision et l'optimisation de l'ouvrabilité des mélanges de béton pour les procédés de construction sélectionnés, notamment le transport, le pompage, la mise en place, le compactage, la finition, etc. En effet, les formulations de mélange doivent se confirmer à la qualité de la construction demandée, par exemple les niveaux exigés de fluidité, la capacité de passage, la capacité de remplissage, et la stabilité (statique et dynamique). Celui est nécessaire pour développer des outils théoriques afin d’évaluer dans quelles conditions les exigences de qualité de la construction sont satisfaites. Cette thèse est consacrée à la réaliser des simulations analytiques et numériques pour prédire la performance d'écoulement du BAP dans différents procédés de la mise en place du béton. L'objectif spécifique de cette étude consiste à simuler l'écoulement du BAP dans essais empiriques, notamment la boite en L et la boite en T pour évaluer la performance du BAP pendent la mise en place (la fluidité, la capacité de passage, la capacité de remplissage, et la ségrégation dynamique induite par cisaillement ou par gravité). Par conséquent, le BAP est modélisé comme matériau hétérogène. En outre, un modèle analytique est proposé pour prédire la performance à l'écoulement du BAP dans la boite en L en utilisant la théorie de Dam Break. D'autre part, les résultats des simulations numériques de l’écoulement du BAP dans une poutre renforcée sont comparés aux résultats expérimentaux par des profils de surface libres. Les résultats des simulations numériques de BAP coulée (modélisée comme un fluide homogène unique), sont utilisés pour déterminer les zones critiques correspondant à des risques plus élevés de ségrégation et de blocage. Les effets des paramètres rhéologiques, la masse volumique, le contenu des particules, la distribution de barres d'armature, et les interactions particule-barres sur les performances d'écoulement du BAP sont évaluées à l'aide de simulations MFN d’écoulement du BAP par les essais des L-Box et T-box (modélisée comme une matériau hétérogène). Deux nouvelles approches sont proposées pour classifier les mélanges du BAP sur la base de la capacité de remplissage, et les propriétés de performabilité, en fonction de la fluidité, la capacité de passage et de la stabilité dynamique du BAP.

Les matériaux à gradient d'indice de réfraction (GRIN) présentent des propriétés mécaniques variant en temps ou/et en espace. Ils ont été testés pour des applications prometteuses dans de nombreuses applications d'ingénierie, comme pour le contrôle santé structurale ou la surveillance de structure (SHM), le contrôle des vibrations et bruit, la récupération d'énergie, etc. D'un autre côté, les matériaux piézoélectriques offrent la possibilité de réaliser des cellules composites dont les propriétés mécaniques peuvent être contrôlées en ligne. Motivé par ces deux approches, cette thèse étudie la mise en œuvre de structures GRIN adaptatifs pour le contrôle des ondes élastiques. Deux types de structures GRIN adaptatifs sont étudiés dans ce travail. Le premier exemple concerne la mise en œuvre d'une lentille piézoélectrique dans une plaque. Il est composé de patchs piézoélectriques shuntés, collés périodiquement en surface du guide d'ondes. Les circuits de shunt utilisés permettent d'émuler une capacité négative (NC). En accordant les valeurs de NC on peut ajuster l'indices de réfraction du milieu à l'intérieur de la lentille piézoélectrique et pour satisfaire une fonction sécante hyperbolique. Les résultats numériques montrent que les lentilles piézoélectriques peuvent alors focaliser les ondes de flexion de la plaque sur les points focaux. La lentille piézoélectrique est efficace dans une grande bande de fréquences et efficace dans une grande plage de fonctionnement. Ainsi elle peut focaliser des ondes sur différent points par simple ajustement des valeurs de NC réalisés par le circuit. Cette focalisation adaptative la rend très intéressante pour de nombreuses applications comme la récupération d'énergie ou le SHM. La mise en œuvre de ces techniques pour la récupération d'énergie est discutée dans cette thèse. Le second exemple concerne l'étude d'une structure dont les propriétés mécaniques sont contrôlées en temps et en espace. En particulier, une modulation périodique permet de créer une onde artificielle se propageant dans la structure. L'interaction avec des ondes mécaniques entraîne une rupture de réciprocité visible dans un diagramme de bande non symétrique. De nombreux phénomènes inhabituels sont observés dans ce type de structures variables : fractionnement des fréquences, conversion d'ondes et transmission unidirectionnelles. Deux types de conversion fréquentielle sont démontrés et expliqués. Le premier est induit par la transmission d'énergie entre les différents modes Bloch et le second type est dû à la diffusion de Bragg dans les structures modulées. La transmission unidirectionnelle des ondes pourrait être exploitée pour réaliser des diodes dans des systèmes infinis ou semi-infinis. Cependant, la transmission unidirectionnelle n'existe pas dans les systèmes finis en raison des phénomènes de conversion de fréquence. / GRadient INdex (GRIN) media are those whose properties smoothly vary in space or/and time. They have shown promising effects in many engineering applications, such as Structural Health Monitoring (SHM), vibration and noise control, energy harvesting, etc. On the other hand, piezoelectric materials provide the possibility to build unit cells, whose mechanical properties can be controlled on-line. Motivated by these two facts, adaptive GRIN structures, which can be realized using shunted piezoelectric materials, are explored in this dissertation to control guided elastic waves. Two types of adaptive GRIN structures are studied in this work. The first type is a piezo-lens. It is composed of shunted piezoelectric patches bonded on the surfaces of plates. To control the mechanical properties of the piezoelectric composite, the piezoelectric patches are shunted with Negative Capacitance (NC). By tuning the shunting NC values, refractive indexes inside the piezo-lens are designed to satisfy a hyperbolic secant function in space. Numerical results show that the piezo-lens can focus waves by smoothly bending them toward the designated focal point. The piezo-lens is effective in a large frequency band and is efficient in many different working conditions. Also the same piezo-lens can focus waves at different locations by tuning the shunting NC values. The focusing effect and tunable feature of piezo-lens make it useful in many applications like energy harvesting and SHM. The former application is fully discussed in this thesis. The focusing effect at the focal point results in a known point with high energy density, therefore harvesting at the focal point can yield more energy. Besides, the tunable ability makes the harvesting system adaptive to environment changes. The second type is the time-space modulated structure. Its properties are modulated periodically both in time and space. Particularly, the modulation works like a traveling wave in the structure. Due to the time-varying feature, time-space modulated structures break the reciprocity theorem, i.e., the wave propagation in them is nonreciprocal. Many unusual phenomena are observed during the interaction between waves and time-space modulated structures: frequency splitting, frequency conversion and one-way wave transmission. Two types of frequency conversion are demonstrated and explained. The first type is caused by energy transmission between different orders Bloch modes. The second type is due to the Bragg scattering effect inside the modulated structures. The one-way wave transmission could be exploited to realize one-way energy insulation in equivalent infinite or semi-inffnite systems. However, the one-way energy insulation fails in finite systems due to the frequency conversion phenomenon.

L’anthropisation croissante des zones côtières induit le rejet dans les écosystèmes aquatiques d’Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). En plus de la concentration et de la voie de contamination considérées, leurs effets dépendent du stade de développement de l’organisme. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude était d’évaluer les effets d’une contamination par voie trophique à des concentrations sublétales de HAP sur une espèce modèle, le poisson zèbre Danio rerio. Deux types de mélanges de HAP, pyrolytique et pétrogénique, représentatifs de ce qui est rencontré en milieu contaminé ont été testés via des expositions chroniques. Au niveau individuel, les réponses biologiques ont été évaluées au travers de performances physiologiques considérées comme des mesures indirectes de la fitness : la capacité métabolique aérobie, les performances de nage et la réponse de fuite. A l’échelle sub-individuelle, l’exposition aux HAP a été évaluée sur le cœur via la mesure du rythme cardiaque. Ces paramètres biologiques ont été mesurés (i) à différents temps d’exposition des poissons ainsi que (ii) sur leur descendance dans le but d’évaluer l’effet parental de la contamination. Les résultats mettent en évidence une diminution de la capacité métabolique aérobie chez la descendance de poissons contaminés aux HAP d’origine pyrolytique. Chez les poissons adultes directement exposés aux HAP de type pétrogénique, une réduction de la capacité métabolique a également été observée, associée à une réduction de la vitesse de nage critique. Cette étude contribuera à établir une vision globale des effets de l’exposition aux HAP et à mieux comprendre les mécanismes régulant des fonctions biologiques clés dans la survie d’un organisme tout au long de son cycle de vie. / The increase of anthropogenic activities on coastal areas induces discharges of polycyclic aromatic hydrocarbons in aquatic ecosystem. PAHs effects depend on their concentration and the way of contamination, but also on the different developmental stages of the organism. In this context, the aim of our study was to observe the effects of an exposure to two PAHs mixes, pyrolytic and petrogenic, on the model species zebrafish Danio rerio. These chronicle exposures at sub-lethal concentrations were representative of contaminated areas. Biological responses of fish were estimated at individual levels through the assessment of aerobic metabolic scope, swimming and escape performance, which are considered to be relevant indirect measures of the fitness. Furthermore, measurements of cardiac frequency allowed observing PAHs impairments at sub-individual levels. These physiological performances were estimated (i) a several times of exposure (i.e. from 2-months juveniles to 6-months adults) and (ii) on their progeny, in order to observe parental effect of the PAHs exposure. An increase of aerobic metabolic scope was observed on the progeny of fish contaminated by pyrolytic mix. Regarding petrogenic PAHs exposure, the increase of aerobic metabolic scope was associated to increase of critical swimming speed in adults. This study will contribute to establishing a global vision of PAHs exposure impairments and to a better understanding of the regulating mechanisms of the main biological functions on which organism survival depends.

Le système cardio-respiratoire joue un rôle prépondérant au sein d’un organisme, en permettant notamment l’apport et la distribution du dioxygène et des nutriments à l’ensemble des cellules. Mieux comprendre les modifications du système cardio-respiratoire au cours de la vie est donc un élément central dans l’évaluation de la capacité de l’organisme à répondre à ses différents besoins énergétiques, ainsi que dans la compréhension du phénomène de mortalité naturelle liée à la sénescence. Cette étude a été réalisée sur un vertébré à durée de vie extrêmement courte (~6 mois), le poisson Nothobranchius furzeri. La température, en plus d’être considérée comme l’un des principaux facteurs environnementaux susceptibles d’influencer la physiologie des téléostéens, est connue pour son effet régulateur sur la longévité. Ainsi, les individus étaient acclimatés à deux températures, 26 °C considérée comme la température optimale chez cette espèce, et une température réduite de 22 °C. Au niveau individuel, les réponses biologiques ont été explorées au travers des performances physiologiques comme mesure indirecte de la fitness : la capacité métabolique aérobie (AS), la croissance, les performances de reproduction, de locomotion et de digestion. A l’échelle sub-individuelle, les mécanismes de régulation de la fonction cardiaque ont été examinés via une étude morpho-fonctionnelle des cardiomyocytes. Les résultats mettent en évidence la présence au cours de la vie de deux phases bien distinctes délimitées par un âge optimal : (1) une première phase d’élévation de l’AS des stades juvénile à adulte ; suivie (2) d’une seconde phase, synonyme de déclin de l’AS, des indicateurs cardiaques et des niveaux d’activités ciblés, associés probablement à l’entrée en sénescence. Une réduction de température accroit la longévité, et retarde les effets néfastes du vieillissement sur l’AS, et les performances cardiaques. Cette étude contribuera à établir une vision globale des effets du vieillissement sur la fonction cardio-respiratoire et à mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors d’un allongement de la longévité par une réduction de la température. / Cardio-respiratory system plays a key role in an organism by delivering oxygen and nutrients towards the cells. Exploring its age-dependant changes is therefore a corner stone for assessing the organism capacity to meet its energetic needs along its life cycle, and for the understanding of mechanisms involved in the mortality due to aging process. This study was realized in a vertebrate with an extremely short lifespan (~6 months), the fish Nothobranchius furzeri. Temperature is an external factor that regulates longevity. Here, fish were acclimatized at two temperatures, 26 °C considered as the optimal temperature for this species, and 22 °C. Biological responses of fish were evaluated at individual level through the assessment of aerobic metabolic scope (AS), growth, reproduction, locomotion and digestion, which are considered to be relevant indirect measurement of fitness. Furthermore, mechanisms involved in the cardiac function regulation were explored through a morpho-functional study of cardiomyocytes. Along the individual life cycle, two phases were emphasized: 1) the first corresponds to AS elevation from the juvenile to the adult stages, following by 2) a second phase reflecting the entrance in the senescent stage, characterized by the decline in AS, cardiac performances and in activity level. A temperature reduction increases the individual longevity and slows-down deleterious effect of aging on both AS and cardiac function. This study will contribute to provide a global vision of senescent effects on cardio-respiratory system, and a better understanding of the mechanisms involved in temperature-dependent increase in longevity.

La fissuration d’éléments minces en béton dès le jeune âge correspond à une réalité observée sur des ouvrages en construction. Cette fissuration concerne des bétons courants de bâtiments, pour lesquels les matériaux de qualité optimale ne sont pas toujours disponibles, en particulier au niveau des granulats. Le but de cette thèse est de définir une approche expérimentale d’étude de ces phénomènes et de proposer des interprétations pour les sensibilités relatives à la fissuration en fonction de la nature des granulats et de leurs taux de saturation initiaux. La sensibilité des moyens de mesures existants conçus pour des bétons spéciaux (BAP et BHP) a d’abord dû être<p>vérifiée. Un nouveau dispositif expérimental a été développé dans le but de mieux décrire l’évolution de la résistance et de la capacité de<p>déformation en traction du béton jeune. Les indicateurs globaux (macroscopiques) apparaissent plus sensibles que les indicateurs de la microstructure pour rendre compte des différences de comportement observées. L’évolution du module élastique, du retrait plastique et endogène corrélées à l’évolution de la capacité de déformation et de la résistance en traction permettent de mieux caractériser le risque<p>potentiel de fissuration par retrait empêché. La fin de prise correspond à une phase critique. L’influence de la saturation des granulats est<p>indirecte, et résulte des variations du rapport Eau d’ajout/Ciment, à rapport Eau efficace/Ciment constant. La nature des granulats intervient au niveau des évolutions relatives de la résistance en traction et du module élastique. La méthodologie peut être appliquée à l’étude d’autres types de bétons et d’autres paramètres de formulation. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished