Le but de ce travail est d'examiner la capacité des fonctionnelles M05-2X, M05-2X+D3, PBE0, PBE0+D3, PBE, PBE+D3 et M11 avec ou sans inclusion de la correction de dispersion de Grimme (D3) pour la description précise et simultanée des complexes organométalliques de taille moyenne et leur utilisation dans l’étude de la structure d’équilibre, la stabilité, la spectroscopie et la liaison chimique (covalente, transfert de charge et Van der Waals (vdWs). Ceci a été fait par une comparaison directe des résultats obtenus par ces fonctionnelles avec ou sans inclusion de la correction de dispersion de Grimme (D3) et ceux issus des méthodes explicitement corrélées (R)CCSD(T)-F12 et (R)MP2-F12. Nous avons démontré que les fonctionnelles M05-2X+D3 et PBE0+D3 en connection avec la base 6-311++G(d,p) sont les fonctionnelles de choix. Ceci a été illustré à travers une étude systématique des complexes Zn+qIm (q=0, 1,2) qui jouent un rôle important en chimie, en biologie, en environnement et en industrie. Pour les complexes Zn+qIm (q=0, 1, 2), nous avons comparé les résultats obtenus aux niveaux M05-2X, M05-2X+D3, PBE0, PBE0+D3, PBE, PBE+D3, M11 et ceux issus des méthodes explicitement corrélées (R)CCSD(T)-F12 et (R)MP2-F12. A travers ces comparaisons, nous avons établi que la capacité et la fiabilité de la fonctionnelle M05-2X(+D3) pour la décrire précisément les interactions covalentes et non-covalentes entre Znq+ et Im car elle donne des résultats en excellent accord avec ceux issus des méthodes ab initio hautement corrélées. Les fonctionnelles PBE0 et M11 peuvent être aussi utilisées pour les applications.Par la suite, nous allons profiter de la haute performance des fonctionnelles M05-2X et PBE0 avec ou sans inclusion de la correction de dispersion de Grimme (D3) en connection avec la base 6-311++G(d,p) pour étudier la structure d’équilibre, la stabilité, la spectroscopie et la liaison chimique (covalente, transfert de charge et van der Waals (vdWs) des complexes Znq+Imn (q = 0, 1, 2 ; n = 1–4). Ce travail à l’échelle microscopique, est utile pour comprendre la structure et la liaison se produisant dans les sites actifs contenant du zinc dans des systèmes biologiques (e.g. protéines). De plus, nos résultats peuvent être utilisés pour la détermination des champs de force précis pour les métalloprotéines ou les ZIFs.Les structures de type zéolithe–imidazole (Zeolitic–Imidazolate Frameworks ou ZIFs) sont composées de molécules organiques (e.g. molécules imidazoles) liées entre elles par des ions métalliques bivalents M+2 (e.g. M2+ = Zn+2/Co+2). Ces composés présentent une structure topologique bien stabilisée avec une large diversité de structure. Ils présentent ainsi une forte porosité qui est potentiellement utilisé dans la capture et le stockage du CO2 et dans son piégeage sélectif.Ces quantités au niveau microscopique sont nécessaires pour déduire les propriétés macroscopiques et thermochimiques de ces composés avec une bonne précision après incorporation dans des simulations dynamiques / The main goal of this work is to examine the capabilities of M05-2X, M05-2X+D3, PBE0, PBE0+D3, PBE, PBE+D3 and M11 functionals with and without inclusion of D3 dispersion correction for the accurate description of medium sized organometallic compounds and therefore their use for the determination of study of the equilibrium structure, the stability, the spectroscopy and the chemical bonding (covalent, charge transfer and van der Waals) of Znq+Im (q = 0,1,2) complexes. This is done through close comparisons of the results obtained by the M05-2X, M05-2X+D3, PBE0, PBE0+D3, PBE, PBE+D3, M11 functionals with and without inclusion of D3 dispersion correction and those from the standard ((R)MP2 and (R)CCSD(T)) and explicitly correlated ab initio methods (R)CCSD(T)-F12 and (R)MP2-F12. Therefore, we definitely establish that M05-2X+D3 and PBE0+D3 in connection with the 6-311++G(d,p) basis set are the methods of choice for the accurate description of medium sized organometallic compounds. This is illustrated through a systematic study of Zn+qIm of (q=0, 1, 2) complexes which play crucial roles in chemical, biological and industrial domains. Through these comparisons, we show that the results obtained at the M05-2X, M05-2X+D3, PBE0, PBE0+D3, PBE, PBE+D3, M11 levels are in good agreement with those explicitly correlated (R)MP2-F12 and (R)CCSD(T)-F12 methods. Through these comparisons, our study establishes the ability and reliability of M05-2X(+D3) functional for the accurate description of covalent and noncovalent interactions between Znq+ and Im since it leads to close agreement with the large ab initio techniques. PBE0 and M11 may be used also for that purposes. Then, we used high performance M05-2X and PBE0 functionals with and without inclusion of D3 dispersion correction in connection along with the 6-311++G(d,p) basis set to study the equilibrium structure, the stability, the spectroscopy and the chemical bonding (covalent, charge transfer and van der Waals) of Znq+Imn (q = 0, 1, 2, n = 1−4) complexes. This work, at the microscopic level, is useful for understanding the structural and bonding occurring in naturally zinc-binding sites and to figure out the behavior of much more complex biological systems. This should help for designing new zinc-binding proteins and more generally new metal sites in known proteins or ZIFs. The structural backbone of ZIFs is constructed from tetrahedral units formed by one bivalent metal ion (M2+ = Zn2+/Co2+) and four imidazolate anions. Such compounds present a well-established structural topology with a large structural diversity. They exhibit a high porosity which is potentially used for gas storage and separation techniques.Such quantities at the microscopic level are needed to deduce the macroscopic and thermochemical properties of these compounds with good accuracy after incorporation into dynamical simulations

L’estimation de fréquence des maladies est nécessaire pour générer des hypothèses étiologiques et évaluer leur l’impact médico-économique. Cependant, il est possible que ces estimations ne reflètent pas uniquement les caractéristiques de fréquence intrinsèque d’une maladie mais aussi de variations dues à des choix méthodologiques qui diffèrent entre études. Cette hypothèse d’une variabilité des fréquences liée à des facteurs méthodologiques a été initialement soulevée par notre premier travail qui visait à estimer la prévalence du syndrome de Gougerot-Sjögren (SGS) primitif au sein de la population française de la Seine-Saint-Denis pendant la période 2007. Malgré une bonne exhaustivité d’identification des cas de 90 % calculée par la méthode de capture-recapture, notre estimation de prévalence de 1,02 cas pour 10 000 habitants est la plus faible estimation de fréquence du SGS primitif publiée dans la littérature à ce jour. En particulier, ce travail a souligné le possible impact des méthodologies de type « recensement » ou « échantillonnage » sur les estimations établies par des études de fréquence. Cette étude a montré aussi pour la première fois une prévalence 2 fois supérieure chez les patients non-européens par rapport aux européens avec des possibles phénotypes distincts. Pour explorer plus en détail l’hypothèse d’une variabilité entre les estimations générées par les approches de « recensement » ou de « échantillon », nous avons réalisé un deuxième travail qui consistait en une méta-analyse de la prévalence de la maladie de Behçet (MB) rapportée par 45 études internationales publiées dans la littérature. Des analyses en sous-groupes et par méta-régression ont montré des variations notables de la prévalence de MB entre zones géographiques mais aussi selon le type d’étude (recensement vs échantillonnage) utilisé. En analyse par méta-régression multivariée, seule la variable « type d’étude » était significativement associée aux valeurs de prévalence de la MB. En conclusion, ces travaux soulignent l’impact de la méthodologie utilisée pour conduire les études de fréquence des maladies. Les différences conceptuelles entre les études de recensement et les études échantillonnage soulevant la question sur la comparabilité des estimations obtenues par ces deux approches. / Estimating the frequency of diseases is of major importance for generating etiologic hypotheses and for assessing their global burden. Although such estimates may reflect the intrinsic frequency characteristics of a disease, they may also reflect variations due to methodological differences between studies. In our first study, we raised this assumption that the variability of disease frequency estimates is linked to methodological factors. This population-based survey aimed at estimating the prevalence of primary Sjögren's syndrome (pSS) in Seine-Saint-Denis, France, during 2007. Despite a high completeness of case-finding, 90%, assessed by capture-recapture analysis, the estimated prevalence of pSS of 1.02 cases per 10,000 adults was the lowest prevalence estimate published in the literature. Also, this study was the first to show a two-fold higher prevalence of pSS in people of non-European than European background and possible ethnicity-related differences in disease phenotypes. In addition, this study highlighted the possible effect of "census" or "sampling" designs on frequency estimates reported from population-based surveys. To explore in more detail the assumption that "census" or "sampling" approaches generate variability in frequency estimates of diseases, we performed a second study, involving a meta-analysis of the prevalence of Behçet's disease (BD) in published reports of 45 international studies. Subgroup and meta-regression analyses showed notable variations in BD prevalence estimates geographically but also by study design (census vs sampling). On multivariate meta-regression analysis, only study design significantly predicted BD prevalence estimates. In conclusion, this thesis highlights the importance of study design in population-based estimates of disease frequency. Conceptual differences between census and sample studies raise questions about the extent to which estimates obtained by either of these two approaches are comparable.

Joint center location is the driving parameter for determining the kinematics, and later kinetics, associated with human motion capture. Therefore the accuracy with which said location is determined is of great import to any and all subsequent calculation and analysis. The most significant barrier to accurate determination of this parameter is soft tissue artifact, which contaminates the measurements of on-body measurement devices by allowing them to move relative to the underlying rigid bone. This leads to inaccuracy in both bone pose estimation and joint center location. The complexity of soft tissue artifact (it is nonlinear, multimodal, subject-specific, and trial specific) makes it difficult to model, and therefore difficult to mitigate. This thesis proposes a novel method, termed Single Frame Optimization, for determining joint center location (though mitigation of soft tissue artifact) via a linearization approach, in which the optimal vector relating a joint center to a corresponding inertial sensor is calculated at each time frame. This results in a time-varying joint center location vector that captures the relative motion due to soft tissue artifact, from which the relative motion could be isolated and removed. The method’s, and therefore the optimization’s, driving assumption is that the derivative terms in the kinematic equation are negligible relative to the rigid terms. More plainly, it is assumed that any relative motion can be assumed negligible in comparison with the rigid body motion in the chosen data frame. The validity of this assumption is investigated in a series of numerical simulations and experimental investigations. Each item in said series is presented as a chapter in this thesis, but retains the format of a standalone article. This is intended to foment critical analysis of the method at each stage in its development, rather than solely in its practical (and more developed) form.

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Les sprays réactifs peuvent être trouvés dans de nombreuses applications industrielles. La caractérisation de l'état transitoire pour des gouttes est un défi, elle nécessite la mesure de la température et / ou des gradients de composition dans des gouttes. Dans cette thèse, la technique d'arc en ciel globale est étendue pour pouvoir quantifier l'évolution des gradients. Après l'étude numérique des caractéristiques de l'arc-en-ciel diffusé par goutte à gradient d'indice de réfraction radial, une étude expérimentale est réalisée pour le cas particulier de la capture du CO2 par des gouttes de MEA. Il a été démontré que des gradients de concentration peuvent être quantifiés lors des premiers instants de la mise en contact des gouttes avec le dioxyde de carbone. Après un temps de contact suffisamment long, l'analyse de la mesure d'arc en ciel globale basée sur des gouttes avec ou sans gradients révèle un comportement identique. / Reactive sprays can be found in numerous industries. The characterization of transient state for such droplets is a challenge, asks for the measurement of temperature and/or composition gradients inside the droplets. In this thesis, Global Rainbow Technique (GRT) is extended to be able to quantify the behavior of gradients. After the numerically studied on the characteristics of rainbow scattered by droplet with radial refractive index gradients, an experimental study is carried out for the particular case of CO2 capture by MEA droplets. According to the investigation, it is demonstrated that the gradients can be quantified during the first moments of injection. The analysis of GRT measurement based on the droplet with or without gradients indicates the identical behavior when the reacting time is long enough.

The overall objective of this thesis is to evaluate the fundamentals of current low concentration CO2 separation technologies and to provide an alternate method using adsorption technology with existing as well as new adsorbents. Two different applications for the adsorption of CO2 are explored; Direct Air Capture (DAC) and excimer gas purification. The investigation of aerogels as possible adsorbent for these applications was also explored. The first application, DAC of CO2 using adsorbents, addresses climate change by reducing the amount of atmospheric CO2 levels that are directly correlated to global warming. Because of DAC being carbon negative, this field has gained significant attention in the literature. DAC as a CO2 reduction strategy was approached in two ways: 1. Chapter 2 investigates capturing and concentrating CO2 from 0.04% in the air to 95% to be able to sequester it into the ground. This research began by doing an adsorbent selection using pure gas gravimetric measurements on seven different commercially available type X zeolites that were determined to have potential for this separation. Breakthrough experiments were then carried out with the most promising zeolite by perturbing the bed with compressed ambient air. In the process studied, a basic four step temperature vacuum swing adsorption (TVSA) cycle was investigated comprising the following steps: pressurization, adsorption, blowdown, and desorption. Four different regeneration temperatures were tested along with four different gas space velocities. With this cycle configuration, CO2 was concentrated to 95% from 0.04% with total capture fractions as high as 81%. This study highlighted methods to reduce the energy consumption per ton of CO2 captured in the system as well as the potential of using low Si/Al ratio faujasite structured zeolites in DAC of CO2 for greenhouse gas reduction. 2. Chapter 3 expands on the research of Chapter 2 by capturing CO2 from 0.04% in the air and concentrating it to high purity CO2 levels where the cost for operating the process will be reimbursed through the value of the produced CO2. The goal of this research was to increase the CO2 to as high as possible because the purer the CO2, the more valuable it is. This research started by conducting an in-depth investigation into the pure gas adsorption of CO2, N2, O2, and Ar on the most promising zeolite from Chapter 2. The data was then fitted to the TD-Toth model which allowed for the evaluation of the TVSA cycle and showed the potential of reducing the pressure and/or elevating the temperature during the blowdown step in order to produce high purity CO2. To confirm this, the TVSA cycle was run on a fixed bed breakthrough experiment where high purity CO2 was produced between a concentration of 99.5% and 99.96% by lowering the blowdown pressure. By controlling the blowdown temperature, the concentration of the product was increased from 99.8% to 99.95%, however with a significant loss of CO2. This effect of N2, O2, and Ar desorbing during the blowdown step with CO2 desorbing during the evacuation step is shown graphically by measuring the concentration and flow rate of the exiting gas species. The results from this study show the potential for producing a valuable product of high purity CO2 from atmospheric concentrations. The second application in this thesis that is explored in Chapter 4 is the purification of trace impurities of CO2, CF4, COF2, and O2 from F2, Kr, and Ne for applications in excimer lasers. Due to the incompatibility of many adsorbents to F2 and HF, aluminas and polymeric adsorbents were selected as potentially compatible materials. To increase the compatibility of these adsorbents, the use of a cryo-cooler was determined to be feasible to precool the feed stream before separation, which increases the adsorption capacity and compatibility of the material to F2 and HF. To determine the adsorption potential in the low concentration of these adsorbents, the concentration pulse chromatographic technique was chosen to determine the Henry’s Law constants of CO2, CF4, and O2. This data was then plotted on the van’t Hoff plot and extrapolated to colder temperatures to determine the benefit of using a cryo-cooler. From this study, it was determined that HayeSep Q was the best polymeric adsorbent with significant adsorption of CO2 at temperatures below -50˚C while being the best performing CF4 adsorbent. AA-300 was the best performing alumina in this study while having significant adsorption of CF4 at temperatures below -135˚C. However, from a compatibility standpoint, both of these materials need to be tested to determine their robustness in the presence of F2 and HF at room and reduced temperatures. Chapters 5 & 6 in this thesis explore the fundamentals of adsorption on aerogels as a prelude to using aerogels as possible adsorbents for DAC of CO2. This investigation into aerogels looks at silica aerogels and carbon aerogels, which are both industrially produced and explores their adsorption with relation to like materials such as silica gel and activated carbons. Both of these Chapters utilize experimentally determined adsorption isotherms of CO2, N2, O2, and Ar as well as characterization to determine adsorption trends in the materials. Some major conclusions for silica aerogels were that common surface modifications to make the material more resilient against water adsorption impacts the adsorption of CO2 significantly with roughly 4 fold difference in adsorption capacity. For carbon aerogels some major conclusions were that the adsorption was increasingly dominated by the heterogeneous nature of the surface at lower pressures and increasingly dominated by the pore size at the higher pressures. Both chapters discuss the adsorption of air along with ideas such as the influence of gas thermal conductivity in the pores with respects to adsorption. L'objectif général de cette thèse est d'évaluer les principes fondamentaux des technologies actuelles de séparation du CO2 à faible concentration et de fournir une méthode alternative utilisant la technologie d’adsorption avec des adsorbants actuels ainsi que d'en découvrir de nouveaux. Deux applications différentes pour l'adsorption du CO2 ont été explorées; la capture directe dans l’air ambient (CAD) et la purification des gaz excimères, ainsi que la recherche d'aérogels comme adsorbant possible pour ces applications. La première application, le CAD du CO2 utilisant des adsorbants, pourrait répondre aux changements climatiques puisque les niveaux de CO2 atmosphérique sont directement corrélés au réchauffement climatique. Dernièrement, le CAD a fait l'objet d'une attention particulière en tant que stratégie de réduction du CO2, par conséquent, deux voies différentes ont été explorées dans cette thèse: 1. Le chapitre 2 étudie la capture et la concentration du CO2 de 0,04% dans l'air à 95% afin de pouvoir l’enfermer dans la terre. Pour ce faire, une sélection d'adsorbant a été effectué en utilisant des mesures gravimétriques à gaz pur sur sept zéolithes de type X disponibles dans le commerce qui ont été déterminés comme ayant un potentiel pour cette séparation. Des expériences révolutionnaires ont ensuite été réalisées avec la zéolite la plus prometteuse en perturbant le lit avec de l'air ambiant comprimé. Dans le processus étudié, un cycle basique à quatre étapes d’adsorption modulée en température et pression (AMTP) a été étudié, comprenant les étapes suivantes: pressurisation, adsorption, purge et désorption. Quatre températures de régénération différentes ont été testées ainsi que quatre vitesses spatiales de gaz différents. Avec cette configuration de cycle, le CO2 était concentré à 95% de 0,04% avec des fractions de capture totales aussi élevées que 81%. Cette étude a mis en évidence des méthodes pour réduire la consommation d'énergie par tonne de CO2 captée dans le système ainsi que le potentiel d'utilisation de zéolithes structurées à base de faujasite à faible rapport Si/Al dans le CAD du CO2 pour la réduction des gaz à effet de serre. 2. Le chapitre 3 approfondit les recherches du chapitre 2 en capturant le CO2 de 0,04% dans l'air et en le concentrant à des niveaux de très haute pureté où le processus sera remboursé par la valeur du CO2 produit. L'objectif de cette partie était d'augmenter la pureté du CO2 le plus possible car plus le CO2 est pur, plus il est précieux. Une enquête approfondie sur l'adsorption de gaz pur de CO2, N2, O2 et Ar sur la zéolite la plus prometteuse du chapitre 2. Les données ont ensuite été ajustées au modèle TD-Toth qui a permis d'évaluer le cycle AMTP et a montré le potentiel de réduire la pression et/ou d'élever la température pendant l'étape de purge afin de produire du CO2 de haute pureté. Pour confirmer cela, le cycle AMTP a été fait par le biais d’une expérience dans un lit fixe où du CO2 de haute pureté a été produit entre une concentration de 99,5% et 99,96% en abaissant la pression de purge. En contrôlant la température de purge, la concentration du produit est passée de 99,8% à 99,95%, mais avec une perte importante de CO2. Cet effet de la désorption de N2, O2 et Ar pendant l'étape de purge avec la désorption du CO2 pendant l'étape d'évacuation est illustré graphiquement en mesurant la concentration et le débit des espèces de gaz sortant. Les résultats de cette étude montrent le potentiel de production d'un produit précieux de CO2 de haute pureté à partir des concentrations atmosphériques. La deuxième application de cette thèse qui est explorée au Chapitre 4 est la purification des traces d'impuretés de CO2, CF4, COF2 et O2 de F2, Kr et Ne pour des applications dans les lasers à excimère. En raison de l'incompatibilité de nombreux adsorbants avec le F2 et le HF, les alumines et les adsorbants polymères ont été sélectionnés comme matériaux potentiellement compatibles. Pour augmenter la compatibilité de ces adsorbants, l'utilisation d'un cryoréfrigérant a été jugée possible pour pré-refroidir le flux d'alimentation avant la séparation, ce qui augmente la capacité d'adsorption et la compatibilité du matériau en F2 et HF. Pour déterminer le potentiel d'adsorption dans la faible concentration de ces adsorbants, la technique de chromatographie pulsée de concentration a été choisie pour déterminer les constantes de la loi de Henry de CO2, CF4 et O2. Ces données ont ensuite été tracées sur le graphique van’t Hoff et extrapolées à des températures plus froides pour déterminer les avantages de l’utilisation d’un cryoréfrigérant. À partir de cette étude, il a été déterminé que HayeSep Q était le meilleur adsorbant polymère avec une adsorption significative de CO2 à des températures inférieures à -50 ° C tout en étant l'adsorbant CF4 le plus performant. L'AA-300 était l'alumine la plus performante de cette étude tout en ayant une adsorption significative de CF4 à des températures inférieures à -135 °C. Cependant, du point de vue de la compatibilité, ces deux matériaux doivent être testés pour déterminer leur robustesse en présence de F2 et de HF à température ambiante et réduite. Les chapitres 5 et 6 explorent les principes fondamentaux de l'adsorption sur les aérogels en prélude à l'utilisation d'aérogels comme adsorbants possibles pour le CAD du CO2. Cette enquête sur les aérogels examine les aérogels de silice et les aérogels de carbone, qui sont tous les deux fabriqués industriellement et explore leur adsorption par rapport à des matériaux similaires tels que le gel de silice et les charbons actifs. Ces deux chapitres utilisent des isothermes d'adsorption déterminés expérimentalement de CO2, N2, O2 et Ar ainsi que la caractérisation pour déterminer les tendances d'adsorption dans les matériaux. Certaines conclusions majeures pour les aérogels de silice étaient que les modifications de surface courantes pour rendre le matériau plus résistant à l'adsorption d'eau ont un impact significatif sur l'adsorption de CO2 avec une différence d'environ 4 fois dans la capacité d'adsorption. Pour les aérogels de carbone, certaines conclusions majeures étaient que l'adsorption était de plus en plus dominée par la nature hétérogène de la surface à des pressions plus faibles et de plus en plus dominée par la taille des pores aux pressions plus élevées. Les deux chapitres discutent de l'adsorption d'air ainsi que des idées telles que l'influence de la conductivité thermique du gaz dans les pores en ce qui concerne l'adsorption.

Abstract: Global decarbonization requires addressing local challenges and advancing appropriate technologies. In this dissertation, an investigation of appropriate carbon capture technologies for CO2 capture from heavy fuel oil (HFO) fired power plants, common locally, is presented. Two emerging technologies are considered, chemical looping combustion (CLC) and calcium looping (CaL). In a preliminary study, CLC and CaL implementation at an HFO-fired power plant are modeled using Aspen software, and based on the results, CaL is selected for further experimental investigation. Briefly, CaL is a high temperature separation process that utilizes limestone-derived CaO tosimultaneously concentrate CO2 and capture SO2 from flue gas. The solid CaO particles are cycled between carbonation and calcination, CaO + CO2 ⇋ CaCO3, in a dual fluidized bed system and experience capture capacity decay with cycling. Structurally distinct limestones were procured from the two geologic regions where limestone is mined in Saudi Arabia. Using bubbling fluidized bed reactor systems, the capture performance of these two limestones, and a German limestone of known performance, were compared. The combined and individual influence of flue gas H2O and SO2 content, the influence of textural changes caused by sequential calcination/carbonation cycles, and the impact of CaSO4 accumulation on the sorbents’ capture performance were examined. It was discovered that metamorphosed limestone-derived sorbents exhibit atypical capture behavior: flue gas H2O negatively influences CO2 capture performance, while limited sulfation can positively influence CO2 capture. The morphological characteristics influencing sorbent capture behavior were examined using imaging and material characterization tools, and a detailed discussion is presented. Saudi Arabian limestones’ deactivation rates were examined by thermogravimetric analysis. A quantitative correlation describing sulfation deactivation was developed. The validity of amending the conventional semi-empirical sorbent deactivation model with the novel correlation was supported by subsequent pilot scale (20 kWth) experiments. Solving process mass and energy balances, reasonable limits on operating parameters for CaL implementation at HFO-fired power plants were calculated. The influence of power plant configuration, carbonator design, and limestone source on power plant energy efficiency are considered and a discussion is presented. Finally a commentary on the potential of this technology for local implementation and required future work is presented.

Ma thèse porte sur les questions liées à la création de valeur et à la capture de valeur dans les écosystèmes d’entreprise. J'explore comment les acteurs à but non lucratif et à but lucratif façonnent ces écosystèmes et leur évolution à travers la conception de relations avec des compléments clés.Le premier chapitre utilise un modèle formel pour étudier comment un acteur à but non lucratif, en interagissant de manière stratégique avec les entreprises, peut faciliter la création de valeur dans les chaînes d'approvisionnement verticales. Le deuxième chapitre étudie les stratégies utilisées par les entreprises pour façonner l'écosystème dans lequel elles se font concurrence et maximiser la capture de valeur. Plus précisément, j’examine la décision des entreprises de rendre leur produit compatible avec de multiples compléments ou de le garder exclusif d’un complément spécifique dans le contexte du marché des médicaments anti-VIH. J'utilise un ensemble de données exclusif sur la consommation de médicaments au niveau individuel, obtenu auprès de l'assurance maladie nationale française, ainsi que des données collectées manuellement sur les essais cliniques de médicaments anti-VIH. Le troisième chapitre jette un pont entre les deux premiers chapitres et explore la manière dont les acteurs à but non lucratif façonnent activement l’écosystème en comparant les essais cliniques sur les médicaments anti-VIH parrainés par des entreprises et par des organismes à but non lucratif.Pour conclure, je cherche à comprendre comment les entreprises peuvent maximiser la création de valeur et la capture de valeur dans les contextes où les produits complémentaires sont importants. Je m'efforce d'inclure les acteurs à but non lucratif en tant que partie intégrante de l'écosystème et de comprendre comment les actions d'acteurs qui ne cherchent pas à maximiser leurs profits affectent les stratégies des acteurs à but lucratif vis-à-vis de leurs compléments. / My thesis focuses on issues related to value creation and value capture in business ecosystems. I explore how nonprofit and for-profit actors shape these ecosystems and their evolution through the design of relationships with key complements.The first chapter uses a formal model to study how a nonprofit actor, by strategically interacting with firms, can facilitate value creation in vertical supply chains. The second chapter studies the strategies that firms employ to shape the ecosystem they compete in and maximize value capture. Specifically, I look at firms’ decision regarding whether to make their product compatible with multiple complements or keep them exclusive for a specific complement in the context of anti-HIV drug market. I use a proprietary individual-level dataset on drug consumption obtained from the national French healthcare insurance and hand-collected data on clinical trials of anti-HIV drugs. The third chapter bridges the first two chapters and explores how nonprofit actors actively shape the ecosystem by comparing firm-sponsored and nonprofit-sponsored clinical trials on anti-HIV drugs.To conclude, I seek to understand how firms can maximize value creation and value capture in the contexts where complementary products are important. I strive to include nonprofit actors as an integral part of the ecosystem and understand how the actions of actors who do not seek to maximize profit affect the strategies of for-profit actors towards their complements.

According to the Intergovernmental Panel on Climate Change, Carbon Dioxide Removal (CDR) technologies play a significant role in deep mitigation pathways to limit global temperature rise to 1.5°C. As a result, interest in them is becoming increasingly prevalent, the most widely discussed being Direct Air Capture (DAC), or active removal of carbon dioxide from atmospheric air. While DAC processes have indeed been successfully tested, one of the most prominent being that developed by Canadian company Carbon Engineering, their widespread deployment faces significant headwinds due to prohibitively high energy consumption and its associated costs. Before DAC can be considered to exist in a state of technological readiness, reductions to the installations' energy demand must be realized. This thesis analyzes the thermodynamic behavior of Carbon Engineering's proposed 1 Mt-CO2/year natural gas fuelled DAC plant, which they describe as “a low-risk starting point rather than a fully optimized least-cost design” [Keith et al., Joule 2, 1573], with the aim to illustrate key areas to which energy efficiency improvement measures must target. With an understanding built of the mechanisms by which energy is utilized and irreversibly lost within their plant, suggestions are put forth for directions to pursue for process improvements, with further analysis included on potential alternative plant configurations which would reduce overall heat and power consumption. A thermodynamic work loss analysis is performed on their plant design at a system level, which finds 92.2% of incoming exergy being lost to thermodynamic irreversibilities. A component-level analysis is then performed to detail the mechanisms by which these losses occur in the most energy-intensive plant segments, namely, the calciner and preheat cyclones, air separation unit, water knockout system, CO2 compression system, and power island. The dissipation of chemical exergy in the air contactor component, i.e., the release of stored chemical exergy as low-grade heat to the environment due to the exothermic reaction of CO2 and aqueous KOH, was determined as the largest unavoidable source of work loss. The most avoidable losses were found to be associated with use of natural gas as a feedstock for heat and power, namely, through its introduction of additional CO2 and water to be processed within the plant, and due to gas turbine power production's inherent Carnot efficiency limits. Additional analysis and discussion follows regarding possible loss reduction measures and modifications, the key concept presented being the use of renewable energy to provide plant power, combined with a calciner using electric resistance heating to meet its reduced thermal demand. Use of a readily-available high-temperature heat source for calciner heat is also considered, with thorough description included of its thermodynamic advantages. Finally, the all-electric plant concept is analyzed at a system level, and its advantages compared to the original natural gas fuelled case. / Graduate

Modern soldiers are burdened by an increase in body-borne load due to technological advancements related to their armour and equipment. Despite the potential increase in safety from carrying more protective equipment, a heavier load on the soldier might decrease field performance both cognitively and physically. Additionally, an increasing load on military personnel concurrently increases their risk of musculoskeletal injuries. Therefore, there is a necessity for research on the soldier's biomechanical outcomes under different loading conditions. When it comes to biomechanics research, marker-based technology is widely accepted as the gold standard in terms of motion capture. However, recent advancements in markerless motion capture could allow the quick collection of data in various training environments, while avoiding marker errors. In this research project, the Theia3D markerless motion capture system was compared to the marker-based gold standard for application on participants across varying body-borne load conditions. The aim was to estimate lower body joint kinematics, gastrocnemius lateralis and medialis muscle activation patterns, and lower body joint reaction forces from the two motion capture systems. Data were collected on 16 participants for three repetitions of both walking and running under four body-borne load conditions by both motion capture systems simultaneously. Electromyography (EMG) data of lower limb muscles were collected on the right leg and force plates measured ground reaction forces. A complete musculoskeletal analysis was completed in OpenSim using the Rajagopal full-body model and standard workflow: model scaling, inverse kinematics, residual reduction, static optimization, and joint reaction analysis. Estimations of joint kinematics and joint reaction forces were compared between the two systems using Pearson's correlation coefficient, root-mean-square errors, and Bland-Altman limits of agreement. Very strong correlations (r = 0.960 ± 0.038) and acceptable differences (RMSE = 7.8° ± 2.6°) were observed between the kinematics of the marker-based and markerless systems, with some angle biases due to joint centre differences between systems causing an offset. Because the marker-based motion capture system lost line of sight with markers more frequently in the heavier body-borne load conditions, differences generally increased with heavier body-borne loads. Timing of muscle activations of the gastrocnemius lateralis and medialis as estimated from both systems agreed with the ones measured by the EMG sensors. Joint reaction force results also showed a very strong correlation between the systems but the markerless model seemed to overestimate joint reaction forces when compared to results from the marker-based model. Overall, this research highlighted the potential of markerless motion capture to track participants across all body-borne load conditions. However, more work is necessary on the determination of angle bias between the two systems to improve the use of markerless data with OpenSim models.