Ce travail de thèse est consacré au développement de mécanismes pratiques pour le guidage de chaleur dans des nanostructures de silicium de faible dimension. Les applications vont du domaine de la gestion thermique des circuits intégrés aux technologies et matériaux thermoélectriques émergents à base de Si, dans lesquels le guidage thermique de la chaleur peut jouer un rôle important. L'objectif est d'étudier expérimentalement la faisabilité d'une anisotropie de conductivité thermique (κ) dans le plan, induite artificiellement, des membranes nanostructurées en Si. En combinant la thermométrie Raman, la modélisation optique et la modélisation par éléments finis (FEM), il a été possible de mesurer le gradient thermique, la conductance de la membrane et de déterminer les conductivités thermiques effectives. Cette expérience confirme la possibilité d’induire artificiellement une anisotropie élevée de κ dans des membranes en silicium. Un modèle FEM paramétré conçu à dessein a démontré la mise en œuvre possible des effets anisotropes induits dans le domaine de la gestion thermique des circuits intégrés. / This thesis work is devoted to the development of practical mechanisms for the heat guiding in silicon low-dimensional nanostructures. The motivation comes from both the field of IC thermal management and emerging technology of Si-based thermoelectric devices, where directional heat guiding can play an important role. A series of micrometre-sized thermal characterisation platforms was designed and fabricated. The objective is to study experimentally the feasibility of artificially-induced in-plane anisotropy of effective thermal conductivity (κ) in Si nanopatterned membranes. By the combined use of micro Raman Thermometry, Rigorous Coupled Wave Analysis and Finite Element Modelling (FEM) it was possible to measure the thermal gradient, membrane conductance and determine effective thermal conductivities. This experiment confirms the possibility to induce artificially high anisotropy of κ in Si phononic membranes. Finally, purposefully designed parameterized FEM model demonstrated the possible implementation of the induced anisotropic effects in the area of IC thermal-management.

Contexte: Depuis plusieurs années, la fréquence et l’amplitude des températures chaudes extrêmes ont augmenté partout dans le monde. Ces évènements de chaleur extrême ont d’importants effets sur la santé. Pour ne citer qu’un exemple, la canicule de l’été 2003 en Europe a causé plus de 70 000 décès supplémentaires. La pression sélective dans l’évolution humaine conduisant à l’adaptation au climat a été mise en évidence par l’étude de Wyckelsma et al. rapportant que la variante de fonction rs1815739 au niveau du gène ACTN3 offre une résilience au froid grâce à la génération de chaleur musculaire. Cela confirme la pertinence de notre étude pangénomique visant à identifier des facteurs génétiques modifiant le risque de décès lors de températures chaudes extrêmes. Méthodes: Nous avons mené une étude cas-témoins à partir des données de la UK Biobank, qui compte environ 500 000 participants, pour recueillir les génotypes et les informations sur les lieux et dates de décès essentiels à notre étude. Les données environnementales de 2006 à 2020 ont été extraites du Met Office Integrated Data Archive System UK Hourly Temperature. Pour chaque décès, 4 individus témoins ont été sélectionnés aléatoirement parmi les individus de la UK Biobank ayant survécu jusqu’à la fin de la période de suivi. Nous avons effectué une analyse de régression logistique conditionnelle pour évaluer l'effet d'interaction entre les variants génétiques et l’exposition à la chaleur (dépassement du seuil de température extrême). Résultats: Nous avons recensé 27 284 décès entre 2006 et 2020, dont 939 sont survenus lors de dépassement du seuil de température extrême. Notre analyse pangénomique a identifié les variants génétiques rs1851364 sur le chromosome 3 et rs147921336 sur le chromosome 18 modifiant l’effet du dépassement du seuil de chaleur extrême sur l’augmentation du risque de décès (P<5x10-8). La présence d’au moins un allèle C pour chacun de ces variants génétiques double le risque de moralité lors d’une exposition à la chaleur. Conclusion: La génétique semble moduler l’effet des températures chaudes extrêmes associé à une augmentation du risque de décès chez l’humain. Ces résultats contribuent à une meilleure connaissance des mécanismes biologiques impliqués dans la susceptibilité aux températures extrêmes. / Context In recent years, the frequency and amplitude of extreme heat events have increased worldwide. These extreme heat events have significant effects on health. To take just one example, the 2003 heatwave in Europe caused over 70,000 additional deaths. The selective pressure in human evolution leading to climate adaptation was highlighted by the study of Wyckelsma et al. reporting that the function variant rs1815739 at the level of the ACTN3 gene offers resilience to cold through muscle heat generation. This supports the relevance of our genome-wide study aimed at identifying genetic factors modifying the risk of death during extreme hot temperatures. Methods We conducted a case-control study using data from the UK Biobank, which includes over 500,000 participants, to obtain information on genotypes and locations and dates of deaths required for our study. Environmental data from 2006 to 2020 were extracted from the Met Office Integrated Data Archive System UK Hourly Temperature. For each death, 4 control individuals were selected randomly from the pool of individuals in the UK Biobank who survived to the end of our study’s follow-up period. We performed a conditional logistic regression analysis to assess the interaction effect between genetic variants and heat exposure (exceeding the extreme temperature threshold). Results There were 27,284 deaths that occurred between 2006 and 2020, 939 of which occurred when the extreme temperature threshold was exceeded. Our genome-wide analysis identified that genetic variants rs1851364 on chromosome 3 and rs147921336 on chromosome 18 modified the effect of exceeding the extreme heat threshold on the increased risk of death (P<5x10-8 ). The presence of at least one allele C for each of these genetic variants doubles the risk of morality during heat exposure. Conclusion Genetics seems to modulate the effect of extreme hot temperatures associated with an increased risk of death in humans. These results contribute to a better understanding of the biological mechanisms involved in susceptibility to extreme temperatures.

L’objectif de cette étude est de proposer des stratégies de récupération de chaleur au sein d’une aluminerie en se basant sur des considérations techniques et économiques. Après analyse des principaux postes de pertes de chaleur de l’aluminerie, l’étude focalise sur une source particulière : les effluents gazeux issus des cuves d’électrolyse. Deux applications sont envisagées et analysées dans deux articles scientifiques : le chauffage de bâtiments dans l’aluminerie, et le chauffage d’une serre. Dans les deux cas, une modélisation dynamique de la demande de chauffage est proposée, accompagnée d’un dimensionnement détaillé des échangeurs de chaleur et des équipements. Puis, une optimisation est réalisée pour minimiser les coûts de capital et d’opération de l’implantation. Enfin, des cas d’étude sont proposés afin d’analyser la variabilité des solutions retenues. / The objective of this study is to propose heat recovery strategies in a primary aluminum smelter by considering technical and economic aspects. After analyzing the various heat sources and sinks, it was decided to focus the study on the flue gases exiting the electrolysis cells. Two applications are envisioned and presented in two scientific articles: heating buildings within the aluminum smelter, and heating a greenhouse. In both cases, a dynamic model of heating requirement is proposed, associated to the detailed design of heat exchangers and equipment. Then, an optimization is performed to minimize the implementation capital and operation costs. Last, several case studies are presented in order to analyze the variability of the retained solutions.

Dans la fabrication de panneaux de fibres, le pressage à chaud est une étape fondamentale, car elle a une haute influence sur la performance du panneau fini. La modélisation du pressage permet de prédire les principales variables qui ont un effet direct sur le développement du profil de masse volumique selon l’épaisseur pendant le pressage, soit la température, la teneur en humidité et la pression de la vapeur. L’interaction des mécanismes de transfert chaleur- masse ainsi que le changement des conditions internes de l’ébauche de fibres rend souvent leur étude complexe. Établir et bien caractériser les relations entre les propriétés physiques de l’ébauche de fibres pendant le pressage permet d’acroître la précision des prédictions faites par les modèles mathématiques. Ce projet de recherche a été consacré à l’étude des phénomènes de transfert de la chaleur et de la masse dans les ébauches de fibres de bois. Ainsi, la perméabilité au gaz, la conductivité thermique et la porosité ont été déterminées à cinq niveaux de masse volumique pour trois différentes tailles des fibres afin d’évaluer la relation entre ces propriétés et le niveau de densité locale de l’ébauche de fibres durant le pressage. En plus, l’effet de la taille des fibres sur les propriétés déjà mentionnées a été d’ailleurs évalué. La perméabilité au gaz a été déterminée à quatre niveaux de pression d’entrée : 50 kPa, 100 kPa, 150 kPa et 200 kPa sur d’échantillons conditionnés à 65% d’humidité relative et une température de 21°C. Le débit d’air à travers l’épaisseur de l’échantillon a montré de glissement moléculaire. La conductivité thermique a été mesurée par la méthode du steadystate thermal resistance, en utilisant un gradient de 1,6°C mm-1 sur d’échantillons avec une teneur en humidité de 7,6% (s=0,3). La porosité a été calculée par analyse d’image de coupes minces par la méthode du contraste de la couleur noir et blanc. Cette méthode utilise des images obtenues à partir de coupes minces extraites de panneaux de fibres fabriqués sans profil de masse volumique selon l’épaisseur. La perméabilité au gaz, la conductivité thermique et la porosité obtenues dans ce travail de recherche ont été entre 2,16 x10-13 et 5,96 x10-12 m2; 0,05 et 0,15 W m-1 K-1 et 0,44 et 0,93 respectivement, dans un intervalle de masse volumique de 198 kg m-3 et 987 kg m-3. Les résultats indiquent que la masse volumique est, en effet, une variable significative par rapport aux propriétés physiques de l’ébauche étudiées. Une chute importante de la perméabilité au gaz a été observée autour de 598 kg m-3 de masse volumique. Ceci a un impact important lors du pressage à chaud lorsque la densité locale de l’ébauche des fibres est autour de cette valeur. En outre, la taille des fibres est un facteur dominant sur la conduction de la chaleur et la structure poreuse de l’ébauche. Étant donné les résultats actuels, l’impact de la taille des fibres sur la conductivité thermique et la porosité a été significatif. Cependant, la taille des fibres n’a pas eu un effet statistiquement significatif sur la perméabilité au gaz. En conséquence, il n’y a pas eu d’éléments suffisants dans cette étude pour affirmer que la taille des fibres a un impact significatif sur la pression de la vapeur de gaz produite lors du pressage. / In panel manufacturing, the hot-pressing process is a fundamental step because it has a great influence on final product quality. Hot-pressing modeling allows predicting the main variables that it has a direct effect on the development of density profile through the thickness during hot pressing, namely temperature, moisture content and vapour pressure. The study of the heat and mass transfer and mat internal conditions is complex owing to their interaction and changing conditions. Establish and characterize properly the relations between fiber mat physics properties during hot-pressing process it allows to increase the accuracy of predictions made by mathematic model. This research project was conducted in order to study the mass and heat transfer phenomena in fiber mat. Thereby the gas permeability, thermal conductivity and porosity were determined to five density levels and three different fiber sizes in order to evaluate the relationship of these properties and densification level representing the local density though the fiber mat thickness during the hot-pressing process. Furthermore, fiber size effect on these properties already mentioned has been evaluated. Gas permeability was determined to four-inlet pressure: 50 kPa, 100 kPa, 150 kPa et 200 kPa on specimens conditioned to 65% of relative humidity and 21C of temperature. During gas permeability measurements, the air flux though the disk thickness showed slip flow. Thermal conductivity was measured using a gradient of 1,6°C mm-1 on specimens with a moisture content of 7.6% (s=0,3). Mat porosity measurements were performed using the white-black color contrast method. This procedure use images taken from layers impregnated with acrylic resin, which were extracted previously from panels with homogeneous density, profile through the thickness. Gas permeability, thermal conductivity and porosity obtained in this research work were between 5.96 x10-12 and 2.16 x10-13 m2; 0.05 - 0.15 W m-1 K-1 and 0.44 - 0.93 respectively in a range of 198 kg m-3 and 987 kg m-3 of density. The results indicated that the mat density was, in fact, a significate variable in relation to the physical properties of fiber mat considered in this study. Additionally, the fiber size was a dominant factor on heat conduction and porous structure of the fiber mat. Given these results, the fiber size had anoticeable effect on both mat properties thermal conductivity and porosity. Conversely, the fiber sizes studied had no significant effect on gas permeability. Hence, there was not enough evidence to affirm that the fiber size has a significant impact on vapour pressure produced during the hot-pressing process.

Tableau d'honneur de la FÉSP / La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative qui se manifeste par l’apparition progressive de troubles de la mémoire. Le nombre de personnes affectées par la maladie est en constante hausse, mais il n’existe pour l’instant aucun traitement curatif pour la MA. L’âge avancé est le principal facteur de risque de la MA et est associé à un déficit de thermorégulation. De précédentes études animales montrent d’ailleurs que l’hypothermie augmente la phosphorylation de la protéine tau, l’un des principaux marqueurs neuropathologiques de la MA. La souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA, présente un déficit de thermorégulation qui s’installe progressivement avec le vieillissement et l’apparition de la neuropathologie. Une exposition aigüe au froid aggrave l’hyperphosphorylation de tau dans le cerveau de ces souris, tandis que les placer à une température thermoneutre (28°C) diminue leurs déficits de mémoire et leur pathologie amyloïde. Le tissu adipeux brun (TAB) est le principal siège de la thermogenèse chez les mammifères. La stimulation de son activité, par des expositions au froid ou l’administration d’agonistesdes récepteurs β3 adrénergiques(Rβ3A), permet de diminuer les altérations métaboliques périphériques. Puisque les maladies métaboliques sont des facteurs de risques importants pour la MA, et qu’un déficit de thermorégulation semble aggraver la MA, nous avons émis l’hypothèse que la stimulation du TAB pourrait être bénéfique pour la MA en corrigeant les déficits de thermorégulation et les troubles métaboliques. L’objectif de cette thèse était de déterminer si la stimulation de la thermogenèse du TAB permettait de diminuer la neuropathologie et les déficits comportementaux dans un modèle murin de la MA, la souris 3xTg-AD. Dans un premier temps, nous avons montré que l’âge avancé potentialisaitla phosphorylation de tau induite par une exposition aigüe au froid. Dans un second temps, nous avons montré que de courtes expositions répétées au froid permettaient d’augmenter la capacité de thermogenèse du TAB et de réduire l’intolérance au glucose des souris 3xTg-AD âgées. Une meilleure thermorégulation conférait une protection contre la phosphorylation de tau induite par une exposition aigüe au froid. De plus, nous avons observé une corrélation négative entre les niveaux du facteur de croissance des fibroblastes 21 (FGF21) et la phosphorylation de tau dans l’hippocampe, suggérant que cette hormone produite par le TAB est impliquée dans la neuroprotection contre une exposition aigüe au froid. Finalement, nous avons investigué l’effet d’un agoniste des Rβ3A sur la neuropathologie et la mémoire des souris 3xTg-AD âgées. Cette approche pharmacologique a permis d’améliorer la tolérance au glucose et d’augmenter la thermogenèse du TAB des souris 3xTg-AD et NonTg âgées de 16 mois. Le traitement a renversé le déficitde mémoire de reconnaissance et a diminué le ratiode peptides Aβ42/Aβ40 insolubles dans l’hippocampedes souris transgéniques, sans moduler la phosphorylation de la protéinetau. Ces résultats montrent que les interventions visant à stimuler la thermogenèse permettent de diminuer les désordres métaboliques et d’altérer la neuropathologie et les déficits comportementaux de la MA dans un modèle murin. Ainsi, nos résultats mettent en lumière la thermorégulation comme une nouvelle cible thérapeutique et ouvrent la voie à de nouvelles stratégies pour cette maladie. / Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease characterized by a progressive loss of memory. The number of people affected by the disease is constantly in creasing, but there is currently no curefor AD. Aging, the main risk factor for AD, is also associated with a thermoregulatory deficit. Previous animal studies have shown that hypothermia in creases the phosphorylation of the protein tau, one of the main neuropathological markers of AD. The transgenic triple mouse (3xTg-AD), a mouse model of AD neuropathology, develops thermoregulatory deficits along with the progression of the neuropathology. Acute cold exposure exacerbates tau hyperphosphorylation in the brain of 3xTg-AD mice, while exposing them to a thermoneutral environment (28°C) alleviates their memory deficits and amyloid pathology. Brown adipose tissue (BAT) is the main site of thermogenesisin mammals. The stimulation of its activity, by cold exposures or the administration of β3 adrenergic receptor agonists (β3AR), has been shown to improve peripheral metabolic determinants. Since metabolic diseases are important risk factors for AD, and thermoregulatory deficits mayworsen AD, we hypothesized that BAT stimulation could be beneficial in AD by correcting both thermoregulatory deficits and metabolic disorders. The aim of this thesis was to determine whether the stimulation of BAT thermogenesis reduces neuropathology and behavioral deficits in a mouse model of AD, the 3xTg-AD mouse. First, we showed that advanced age potentiates tau phosphorylation induced by acute cold exposure. Secondly, we observedthat repeated short cold exposures increased the thermogenesis capacity of BAT and reduced glucose intolerance in aged 3xTg-AD mice. Better thermoregulation provided protection against tau phosphorylation induced by an acute cold exposure. In addition, we reported a negative correlation between fibroblast growth factor 21 (FGF21) levels and tau phosphorylation in the hippocampus, suggesting that this BAT-secreted hormone is involved in neuroprotection against acute cold exposure. Finally, we investigated the effect of a β3AR agonist on the neuropathology and memory of old 3xTg-AD mice. This pharmacological approach improved glucose tolerance and increased BAT thermogenes is in 16-month-old 3xTg-AD and NonTg mice. The treatment reversed the recognition memory deficiency and decreased the ratio of insoluble Aβ42/Aβ40 peptides in the hippocampus of transgenic mice, without modulating tauphosphorylation. These results show that interventions aiming at stimulating thermogenes is can reduce metabolic disorders and modulate neuropathology and behavioral deficits of AD in a mousemodel. Thus, our results high light thermoregulation as a novel therapeutic target for this disease.

Cette étude se concentre sur l’étude de l’influence de la granulométrie des matériaux de protection contre le gel sur le transfert thermique dans les chaussées. Elle se base sur la modélisation d'une structure de chaussée, avec le logiciel Flexpde, en choisissant différentes régions de la Norvège. La température normale d'une période de 30 ans s’étalant de 1980 jusqu’à 2010, ainsi que l’année la plus froide (condition extrême) ont été choisies pour chaque région comme étant la température de l’air. Par l’intermédiaire d’un facteur N, cette température est liée à la température de la surface qui sera imposée par la suite comme conditions aux limites.Tout d’abord, une démarche de validation a été faite pour trois cas d’étude. Le premier cas consiste à modéliser un problème de transfert de chaleur par la conduction pure qui considère le changement de phase d’eau liquide. La solution analytique étudiée pour ce cas est le problème de Neumann. Le deuxième cas consiste à modéliser un problème de transfert de chaleur par convection naturelle en régime permanent dans une cellule adiabatique chauffée par le bas, qui génère un mouvement circulaire de l’air. La cellule adiabatique est modélisée en 2D (1m x 1m). La température imposée en haut et en bas du matériau est symétrique par rapport à la température de référence. Finalement, le troisième cas consiste à reproduire numériquement une structure de chaussée expérimentée à Røros/Norvège pour évaluer l’évolution de la profondeur de gel durant l’hiver pour l’année 2017/2018. Ensuite une étude de structure de chaussée comprenant une couche d’asphalte, une couche de base, une couche de sous-base et une couche de protection contre le gel (Frost protection layer) ainsi que le sol naturel a été modélisée en variant les conditions climatiques imposées selon les régions étudiées en Norvège.

Le design de machines thermiques menant à une puissance maximale dépend souvent des températures de la source chaude et de la source froide. C’est pourquoi dégager des lignes directrices à partir des designs optimaux de ces machines selon diverses températures d’opération peut faciliter leur conception. Une telle étude est proposée par cette thèse pour deux types de systèmes thermiques. En premier lieu, le cycle de Rankine organique (ORC) est un cycle thermodynamique de puissance utilisé entre autres dans les centrales géothermiques exploitant des réservoirs à basse température. Depuis quelques années, ce type de centrales suscite un vif intérêt à travers le monde, étant un des modes de production de puissance parmi les plus respectueux de l’environnement. Il s’agit de pomper un géofluide du sol pour transférer sa chaleur à un fluide de travail qui opère en cycle fermé, et de le réinjecter ensuite dans le bassin géologique. Les chercheurs tentent actuellement de mieux caractériser le potentiel géothermique de divers environnements géologiques. Le sous-sol du Québec est relativement froid, alors des études essaient de déterminer s’il serait possible d’y exploiter de manière rentable des centrales géothermiques. Une autre question de recherche importante est de savoir, pour un contexte donné, quel est le design optimal d’une centrale géothermique et quelle est la puissance que l’on peut espérer produire. Pour répondre à cette question, les cycles de Rankine organiques de base (de type souscritique ou transcritique) sont dans un premier temps simulés et optimisés pour des températures du géofluide de 80 à 180°C et pour des températures de condensation du fluide de travail de 0.1 à 50°C. Trente-six (36) fluides pures sont investigués pour toutes les combinaisons de températures. Par la suite, des cycles de Rankine organiques plus avancés sont aussi investigués (ajout d’une tour de refroidissement, d’un système de récupération, et d’une contrainte sur la température de réinjection du géofluide). Les ORCs avec deux pressions de chauffage souscritique et transcritique sont aussi simulés et optimisés. Les optimisations sont faites pour 20 fluides de travail selon la même plage de température du géofluide et selon des températures du thermomètre mouillé de l’air ambient de 10 à 32°C. En second lieu, le cycle de Brayton inversé (IBC) est un cycle thermodynamique qui pourrait être utilisé comme système de récupération de la chaleur perdue dans les gaz d’échappement de moteurs. Il s’agit d’un cycle ouvert comprenant dans sa configuration de base une turbine à gaz, un échangeur de chaleur et un compresseur. Il existe une configuration où l’eau qui se condense lors du refroidissement des gaz est évacuée avant le compresseur pour réduire le débit massique et améliorer le rendement global du système. Le Powertrain and Vehicle Research Centre (PVRC) de l’University of Bath s’est intéressé à savoir si certaines variantes de l’IBC découlant de cette configuration seraient des options viables. Ces variantes ont mené à la création de trois nouveaux cycles thermodynamiques couplant l’IBC avec (i) une turbine à vapeur, (ii) un cycle de réfrigération, et (iii) ces deux ajouts. En comptant les deux cycles déjà existants décrits au paragraphe précédent, cinq configurations de l’IBC sont simulées et optimisées pour des températures de gaz d’échappement de 600 à 1200 K et températures de la source froide de 280 à 340 K. La finalité de cette thèse est d’offrir un outil aidant les ingénieurs à concevoir les systèmes introduits précédemment (ORC et IBC) de sorte qu’ils aient un travail spécifique net maximisé. Sous forme d’un ensemble de diagrammes, cet outil peut ainsi être utilisé pour une large plage de température de la source chaude (géofluide ou gaz d’échappement) et de température de la source froide. / Heat engines design leading to maximum power output often depends on the hot source temperature and the cold source temperature. This is why drawing guidelines from optimal designs of these machines according to diverse operating temperatures may facilitate their conception. Such a study is proposed by this thesis for two types of heat engines. In the first instance, the Organic Rankine Cycle (ORC) is a power thermodynamic cycle used among others in geothermal power plants exploiting low-temperature reservoirs. This type of power plants raises keen interest around the world for being one the most environmentally friendly power production modes. In these power plants, a geofluid is pumped from the ground to transfer its heat to a working fluid operating in a closed cycle. The geofluid is then reinjected in the geological basin. Researchers are currently attempting to characterize in a better way the geothermal potential of diverse geological environments. Considering the province of Québec’s relatively cold underground, studies try to determinate whether it is possible to profitably operate geothermal power plants. Another important research question is to determine, for a given context, the optimal geothermal power plant design, and the amount of power that could be generated. To answer this question, Organic Rankine Cycles (subcritical and transcritical) are first simulated and optimized for geofluid temperatures from 80 to 180°C and for condensing temperatures of the working fluid from 0.1 to 50°C. Thirty-six (36) pure fluids are investigated for each temperature combination. Next, cycles models are improved by adding a cooling tower, a recuperative system and a constraint on the minimum reinjection temperature. ORCs with dual-pressure heater are simulated and optimized as well. Optimization runs are performed considering 20 working fluids for the same range of geofluid temperature and for ambient air wet bulb temperature from 10 to 32°C. In the second instance, the Inverted Brayton Cycle (IBC) is a thermodynamic cycle that could be used as a waste heat recovery system for engines exhaust gases. This is an open cycle which includes a gas turbine, a heat exchanger and a compressor as a basic layout. There is a configuration where the water condensed during the cooling of the gases is evacuated upstream of the compressor in order to reduce the mass flow rate and improve the system global efficiency. The Powertrain and Vehicle Research Centre (PVRC) of the University of Bath is interested in finding out whether particular IBC variants arising from this configuration could be viable options. These variants led to the creation of three novel thermodynamic cycles that couple the IBC with (i) a steam turbine, (ii) a refrigeration cycle, and (iii) both additions. Including both already existing cycles described in the preceding paragraph, five IBC layouts are simulated and optimized for exhaust gases temperatures from 600 to 1200 K and for heat sink temperatures from 280 to 340 K. The purpose of this thesis is to offer a tool that help engineers designing the systems previously introduced (ORC and IBC), so that they produced a maximized specific work output. As a set of charts, this tool can be used for a large range of hot source temperature (geofluid or exhaust gases) and of heat sink temperature.

Cette thèse s'intéresse à la contribution de facteurs potentiellement associés à l'insomnie durant la ménopause à l'aide de deux études distinctes. La première étude s'appuie sur les données d'une enquête épidémiologique de cinq années auprès de 3 419 adultes à partir desquels un échantillon de 873 femmes âgées de 40 à 60 ans a été sélectionné. Quatre questionnaires portant sur la qualité de sommeil, la sévérité de l'insomnie, la réactivité du sommeil au stress et la prédisposition à l'activation ont été utilisés dans deux volets distincts. Le volet transversal avait pour but de comparer le sommeil entre des femmes pré et postménopausées et d'observer si la réactivité du sommeil au stress et la prédisposition à l'activation étaient des prédicteurs des difficultés de sommeil pour chacun des groupes. Le volet longitudinal avait pour objectif de suivre l'évolution prospective des difficultés de sommeil et d'examiner si ces difficultés de sommeil étaient modérées par les facteurs d'activation et de réactivité pendant la transition ménopausique. Les résultats transversaux montrent que les femmes postménopausées rapportaient une moins bonne qualité de sommeil et une sévérité d'insomnie plus élevée que les femmes préménopausées. Ces difficultés de sommeil étaient prédites par la réactivité du sommeil au stress et la prédisposition à l'activation. Au regard des résultats longitudinaux, ceux-ci indiquent que la transition ménopausique avait un effet négatif sur le sommeil. Toutefois, la réactivité du sommeil au stress et la prédisposition à l'activation ne semblaient pas modérer la relation entre la transition ménopausique et les difficultés de sommeil. D'autres facteurs biologiques liés à la ménopause, tels que les bouffées de chaleur, pourraient être en lien avec le développement des difficultés de sommeil. Toutefois, aucune information sur leurs présences n'était disponible dans cette base de données. C'est pourquoi la seconde étude visait à étudier la contribution de facteurs préexistants (hyperactivation et stress) et biologiques (bouffées de chaleur) dans le développement de l'insomnie pendant la ménopause. Cette étude impliquait le recrutement d'un échantillon de 63 femmes péri et postménopausées (âgées de 45 à 55 ans), classifiées en trois groupes distincts : sans insomnie, avec de l'insomnie ayant commencé lors de la périménopause et avec de l'insomnie ayant commencé au moins 3 ans avant la périménopause. L'admissibilité des participantes était jugée lors d'une entrevue téléphonique, une entrevue face-à-face (questionnaires, entrevue diagnostique) et une nuit d'enregistrement polysomnographique pour détecter d'autres troubles du sommeil. Les participantes incluses étaient invitées pour une seconde nuit d'enregistrement afin d'évaluer le sommeil, les bouffées de chaleur et l'activation physiologique (ex. cardiovasculaire). Le sommeil, les bouffées de chaleur, les niveaux d'activation et de stress étaient ensuite évalués durant une semaine à l'aide de mesures subjectives (questionnaires, agenda) et objectives (actigraphie, cortisol salivaire). Selon les résultats, les deux groupes avec insomnie rapportaient une activation somatique et cognitive à l'heure du coucher, un impact des événements de stress diurnes et une fréquence des bouffées de chaleur nocturnes subjectives plus élevés que les femmes sans insomnie. De plus, les femmes avec de l'insomnie précédant la ménopause avaient des taux de cortisol salivaire plus élevés que les femmes avec insomnie récente et celles sans insomnie. Les analyses de médiation ont révélé une relation entre le stress quotidien et les réveils subjectifs, par le biais des bouffées de chaleur et d'activation cognitive au coucher. Néanmoins, les résultats de la nuit d'enregistrement polysomnographique ne montrent aucune différence sur les mesures du sommeil et d'activation entre les trois groupes. L'ensemble des résultats de cette thèse souligne la contribution de facteurs de vulnérabilité psychobiologique dans le développement des difficultés de sommeil pendant la ménopause. D'autres recherches sont encore à effectuer, afin de mieux comprendre l'étiologie de l'insomnie pendant cette période et d'adapter les interventions actuelles à cette population. / This thesis investigates the contribution of factors potentially associated with menopausal insomnia using two separate studies. The first study is based on data from a five-year epidemiological survey of 3,419 adults from which a sample of 873 women aged 40 to 60 years was selected. Four annual surveys on sleep quality, insomnia severity, sleep reactivity and arousal predisposition were used to address two questions. The purpose of the cross-sectional component was to compare sleep quality and insomnia severity between reproductive and postmenopausal women and to examine whether sleep reactivity and arousal predisposition were predictors of sleep disturbances for each group. The objective of the longitudinal component was to follow the prospective evolution of sleep disturbances and to examine whether these sleep disturbances were moderated by arousal predisposition and sleep reactivity during menopausal transition. Cross-sectional results showed that postmenopausal women reported poorer quality of sleep and higher severity of insomnia than reproductive women. Sleep disturbances were predicted by sleep reactivity and arousal predisposition. The longitudinal results indicated that the menopausal transition had a negative effect on sleep. However, sleep reactivity and arousal predisposition did not appear to moderate the relationship between menopausal transition and sleep disturbances. Other biological factors related to menopause, such as hot flashes, may be related to the development of sleep difficulties. However, no information on their occurrence was available in this database. Therefore, the second study aimed to investigate the contribution of predisposing psychological (arousal and stress) and biological (hot flashes) factors in the development of menopausal insomnia. This study involved the recruitment of a sample of 63 peri and postmenopausal women (aged 45-55 years), classified into three distinct groups: without insomnia, with insomnia that began during the menopausal transition and with insomnia that began at least 3 years before the menopausal transition. Participants' eligibility was evaluated during a telephone interview, a face-to-face interview (questionnaires, diagnostic interview) and one night's polysomnography recording to detect other sleep disorders (e.g., sleep apnea). Included participants were then invited for a second night recording to assess sleep, hot flashes and physiological arousal (e.g., cardiovascular). Sleep, hot flashes, arousal and stress levels were then assessed over a one-week period using subjective (questionnaires, diary) and objective (actigraphy, salivary cortisol) measures. The results show that the two groups with insomnia reported higher somatic and cognitive arousal at bedtime, higher impact of daytime stress events, and higher frequency of subjective hot flashes than women without insomnia. In addition, women with premorbid insomnia showed higher salivary cortisol levels at bedtime compared to good sleepers and menopausal insomnia group. Mediation analyses revealed that subjective reports of hot flashes mediated the relationship between daily stress and subjective awakenings in the three groups, whereas cognitive pre-sleep arousal mediated this relationship for the insomnia groups only. However, results from the physiological recording showed no differences in sleep and arousal measurements between the three groups. Overall results of this thesis underline the contribution of psychobiological vulnerability factors in the development of sleep difficulties during the menopause. Further research needs to be carried out to better understand the etiology of menopausal insomnia and to adapt current interventions to this population.

Le retour de chaleur est un phénomène bien reconnu pour entrainer le vieillissement prématuré et l’éventuelle défaillance des moteurs à combustion interne en condition post-arrêt. Les études de ces systèmes, plus particulièrement de la turbine à gaz, ont démontré la tendance de la chaleur à diffuser librement vers les sections, pièces et cavités (telle la chambre de combustion), plus froides du moteur, à partir du moment où les pièces rotatives s’immobilisent. Principalement composé de convection naturelle, le front de chaleur risque d’entrainer l’oxydation prématurée du carburant (cokage) demeuré dans les injecteurs supérieurs. Cette étude propose un modèle par mécanique des fluides numérique (MFN), capable de reproduire le retour de chaleur dans une chambre de combustion tubulaire modifiée, et d’évaluer ses conséquences sur le système de distribution de carburant. Le modèle numérique fera plus tard l’objet de validation par des tests expérimentaux, sur cette chambre équipée de masses complémentaires d’accumulation thermique. / Heat soak-back is a phenomenon observed in many thermal applications including internal combustion engines. Post shutdown studies of these systems, particularly gas turbines, have shown that a massive heat wave could diffuse in the engine causing potential damage. As moving parts in the engine immobilize, heat diffuses freely from hotter to colder sections, including cavities such as the combustor. Primarily composed of free convection, the heat front in the combustor may cause premature coking in the top dead center injectors as the buoyant hot air tends to reach the upper section of the combustor. The following investigation implies computational fluid dynamics (CFD) simulation in order to predict the thermal behaviour and magnitude of this soak-back phenomenon inside a modified can combustor test rig and its potential consequences on the fuel delivery system. The numerical model will eventually be validated using experimentations with this combustor equipped with complementary thermal accumulation masses.

L'influence des stimulations psycho-sensorielles et cognitives induite par l'alimentation a été étudiée chez 12 femmes. Lors d'un premier test, celles-ci ingéraient un repas palatable (RP) de 3045 kJ ; lors d'un second, un repas non palatable (RNP) constitué des mêmes aliments mélangés mixés puis lyophilisés. Ce dernier, de valeur hédonique moindre, était servi sous forme de galette; sa composition était ignorée des sujets; 6 d'entre eux l'ont ingérée lors du premier test, les 6 autres lors du second; l'ordre de présentation des repas était tiré au hasard. La production postprandiale de chaleur pour une période de 90 minutes s'est avérée après le RP supérieure de 33% (P<0.01) à celle suivant le RNP. Le surcroît de thermogénèse observé après le RP provenait d'une oxydation exclusive des glucides, secondaire à une sécrétion de noradréna1ine (P<0.05) et d'insuline (P<0.01). L'ingestion du RNP ne faisait pas varier significativement les taux plasmatiques de noradrénaline, et provoquait une augmentation de l'insulinémie inférieure de moitié à celle suivant le RP. Les variations de l'adrénaline, du glucagon et du glucose plasmatiques ont été similaires après les 2 types de repas. Des capacités thermogéniques variables ont été mises en évidence selon les individus, les phases du cycle menstruel et les facteurs psychiques. La connaissance d'une thermogénèse liée à la palatabilité dépendant du couple hormonal noradrénaline-insuline ne permet plus d'attribuer les coûts obligatoires, de digestion, d'absorption et de stockage des aliments à l'ensemble de la production postprandiale de chaleur. Cette thermogénèse facultative semblable à la "Diet-induced-thermo-génésis", pourrait participer à la régulation du poids corporel et être, par son défaut, en partie responsable de l'obésité. / Montréal Trigonix inc. 2018