Les composés d'arôme sont des molécules volatiles présentes à de faibles concentrations dans les aliments. Ils sont responsables de la perception olfactive et constituent un critère déterminant de la qualité organoleptique expliquant les préférences des consommateurs. Afin de mieux comprendre la génération des stimuli lors de la consommation de produits, le travail avait pour objectif l'étude de la libération des composés d'arôme dans les matrices alimentaires réelles, en s'appuyant sur la modélisation des transferts de matière. La démarche mise en oeuvre repose sur : i) l'identification de propriétés des composés d'arôme (coefficients de partage et de diffusion), ii) l'analyse des transferts dans des systèmes in vitro jusqu'à des systèmes in vivo : la bouche consommant l'aliment. Les propriétés physicochimiques sont des données nécessaires aux modèles de transfert de matière. La détermination de ces propriétés a constitué la première partie de ce travail. Les propriétés sont de deux types : les propriétés à l'équilibre entre deux phases (le coefficient de partage) et les propriétés dynamiques (coefficient de diffusion et coefficient de transfert de matière). Un traitement innovant des données expérimentales obtenues par la méthode PRV (Phase Ratio Variation) a été proposé sur 12 molécules de composés d'arômes. Ce traitement permet de déterminer le coefficient de partage (variant entre 3·10-5 et 3·10-2) associé à son intervalle de confiance rigoureusement calculé avec l'ensemble des degrés de liberté disponibles. Concernant la détermination du coefficient de diffusion des composés d'arôme dans les matrices alimentaires complexes, une cellule expérimentale a été spécialement développée. Elle a été initialement conçue en s'appuyant sur la simulation des transferts de matière, puis validée sur des matrices simples. Ensuite, des mesures expérimentales sur des matrices complexes ont été réalisées et ont permis de déterminer le coefficient de diffusion et sa variation suivant la composition de la matrice (nature des protéines) et le procédé (traitement mécanique). L'intervalle de confiance associé à la détermination du coefficient de diffusion a été calculé pour l'hexanoate d'éthyle dans des yaourts de compositions variables en matière grasse et en protéines. Sur un système expérimental simple, nous avons également montré par une analyse des mécanismes de transfert et leur modélisation que le coefficient de partage et le coefficient de diffusion des composés d'arôme pouvaient être déterminés simultanément. Le modèle de libération des composés d'arôme exploité pour l'hexanoate d'éthyle dans des gels de carraghénane a mis en évidence le besoin de connaître et maîtriser les étapes du protocole expérimental. Enfin, un modèle de libération des composés d'arôme lors de la consommation in vivo a été développé. Le modèle prend en compte les propriétés physicochimiques de l'aliment propres aux composés d'arôme et à la matrice, mais également les paramètres physiologiques liés aux sujets. Ce modèle a été établi pour des sujets dits « avaleurs parfaits », qui ferment la cloison entre la bouche et le pharynx lors de la mise en bouche du produit et jusqu'à sa déglutition. Il a permis de simuler la libération des composés d'arôme comme l'hexanoate d'éthyle, le butanoate d'éthyle et l'acétate d'éthyle depuis le produit (yaourt) jusqu'à la cavité nasale des sujets, mais également de déterminer quels sont les paramètres limitants de la libération, notamment le débit respiratoire du sujet.

L’objectif principal de ce travail de recherche est d’améliorer les connaissances concernant l’influence de la morphologie de particules issues de combustion sur leur comportement thermophorétique. A cet effet, un dispositif tri-therme (3T) original permettant le dépôt par thermophorèse de ce type de particules a été développé. Cet instrument est composé de trois tubes concentriques, permettant la création d’un espace annulaire où un gaz chargé en particules est injecté. Le tube interne est refroidi et le tube externe est chauffé, créant ainsi un gradient de température dans l’espace annulaire. Les particules se déposent donc par effet thermophorétique sur la paroi froide du tube interne du dispositif. Ce dernier est basé sur la méthode dite de pénétration, où des mesures de concentrations à l’amont et à l’aval du dispositif permettent l’évaluation de l’efficacité de dépôt par effet thermophorétique. Un modèle du rendement de dépôt développé dans cette étude a permis par la suite de calculer le coefficient de diffusion thermophorétique Kth. Afin de valider la mise en œuvre de ce dispositif expérimental, nous avons évalué les coefficients Kth de billes de latex monodispersées et de deux types de brouillards d’huiles mono et polydispersés. Le bon accord trouvé entre ces valeurs du coefficient Kth et celles déterminées par le modèle de Beresnev et Chernyak ou par des études expérimentales antérieure, a permis la validation du dispositif 3T. Nous avons par la suite appliqué le dispositif avec des agrégats de suies de morphologie et de nature physico chimique variables. Les résultats obtenus mettent en évidence l’augmentation du coefficient de diffusion thermophorétique avec le nombre de particules primaires, et donc avec la taille de l’agrégat, confirmant ainsi les résultats obtenus par Mackowski et Brugière. Une confrontation entre les coefficients de diffusion thermophorétique Kth obtenus pour les différents types d’agrégats a été proposée. Cette confrontation a permis de dégager des tendances vis-à-vis de l’influence de la taille des particules primaires, de la dimension fractale Df et du ratio EC/TC sur le comportement thermophorétique des agrégats de suies / The main objective of this study is to improve the knowledge about the morphological influence of fractal aggregates on their thermophoretic behavior. For this purpose, an original tri thermal device aimed to capture this kind of particles by thermophoresis deposition was developed. This device is composed of three concentric tubes where particles flows through an annular space between the inner and outer tubes with imposed temperatures, the inner one is cooled and the outer is heated. Particles will deposit by thermophoresis on the cold wall of the inner tube. This device is based on the so called penetration method, where the deposition rate on a cold wall is obtained by particles concentrations measurements upstream and downstream of the test section. A deposition model developed in this study allowed us to determine the thermophoretic diffusion coefficient Kth. We validated the tri thermal device using monodispersed spherical latex particles and also mono and polydispersed spherical oil particles distributions. Indeed, a good agreement was found between our experimental determination of the thermophoretic diffusion coefficient and the theoretical values of Beresnev and Chernyak and also experimental results of the litterature. We finally conducted a study where we applied the device with soot aggregates that have variable morphology and physicochemical nature. This study confirmed the results presented by Mackowski and Brugière about the increase of the aggregates thermophoretic diffusion coefficients Kth with the primary particle number and therefore with the electrical mobility diameter. A confrontation between the coefficients Kth of the different types of aggregates allowed us to find an influence of the primary particles diameter, the fractal dimension Df and also the ratio EC/TC on the thermophoretic behavior of soot aggregates

Les argiles sont utilisées dans de nombreuses applications industrielles pour lesquelles l’étude des interactions entre l’eau et les matériaux argileux sont primordiales. Les mécanismes de rétention et de transport de l'eau et des ions à la surface des argiles peuvent être modélisés à l'échelle atomique grâce à des méthodes classiques comme la Dynamique Moléculaire. Ces méthodes nécessitent de paramétrer au préalable les interactions entre les atomes du système. L'objectif principal de cette étude est d'améliorer la description de ces systèmes via la paramétrisation d'un nouveau champ de force polarisable entièrement basée sur des calculs issus de la méthode de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité. Les propriétés structurales, thermodynamiques et dynamiques de la pyrophyllite, du talc, et de la Na-, Ca-, Sr- et Cs-montmorillonite (sèches et hydratées) ont été bien reproduites. Notamment, la structure des couches tétraédriques et celle des espaces interfoliaires sont en très bon accord avec les données expérimentales. / The wide use of clay minerals in industrial applications is partly due to their remarkable properties of water retention at the mineral surface. Retention and transport mechanisms of water molecules and ions at the surface of clays can be modeled at the atomic scale via different classical methods such as molecular dynamics. These methods require to parametrize in advance the interaction between the atoms of the system. The goal of this study is to improve the description of these systems via the parametrization of a new polarizable force field entirely based on density functional theory calculations.The structure, the thermodynamics and the dynamics properties of pyrophyllite, talc and Na-, Ca-, Sr- and Cs-montmorillonite are well reproduced. The atomic structure of sheets and interfoliar space are in good agreement with experimental results.

Dans le cadre d’une Convention CIFRE, la thèse est financée par la société Renault, ce travail vise à développer un supercondensateur carbone-carbone dont le coût de fabrication est compatible avec le marché automobile ; c’est en effet leur coût élevé qui constitue encore à l’heure actuelle un frein à leur développement. Dans une première partie de ce travail, il a été montré que l’essentiel du coût repose en grande partie sur la purification de l’électrolyte utilisé mais surtout du carbone activé, qui est le matériau actif d’électrode. Notre travail s’est donc focalisé sur l’étude du vieillissement électrochimique de cellules de supercondensateurs de laboratoire assemblées avec différents carbones, afin d’essayer d’identifier les phénomènes responsables du vieillissement. Un autre objectif a été d’identifier les caractéristiques que doivent présenter les carbones alternatifs candidats au remplacement des carbones commerciaux. L’étude réalisée dans ce travail de thèse a permis de définir deux modes de vieillissement différents suivants les carbones utilisés. Un premier type de vieillissement entraîne l’augmentation conjointe de la résistance série équivalente et de la capacité, dû à une dégradation/oxydation du carbone à l’électrode positive. Un second mode de vieilissement mène à l’augmentation seule de la résistance série équivalente par la formation d’une couche d’interface solide conductrice ionique. Quelque soit le mode vieillissement, aucune corrélation directe n’a pu être établie avec les fonctions de surface des carbones activés. La piste la plus probable repose sur le taux et la nature des impuretés présentes dans le carbone activé, certaines étant électroactives, voire pouvant jouer un rôle catalytique. / In the context of a CIFRE Convention, the thesis is financed by Renault s.a.s., this work aims at developing a carbon-carbon supercapacitor whose manufacturing cost is compatible with the automotive market, which still hinders their development. In a first part of this work, it has been shown that the cost mainly depends on the purity of the materials used: electrolyte but also activated carbon, the electrode active material. Our work has therefore been focused on the study of the electrochemical aging of laboratory supercapacitor cells assembled with different carbons, to identify their ageing mechanisms and to define the key features alternative carbons must achieve to replace commercial carbons. This work has evidenced two different modes of aging, depending on the carbon used. A first ageing mode results in the joint increase of the equivalent series resistance as well as the capacity, due to a degradation / oxidation of the carbon at the positive electrode. A second mode leads to the sole increase in equivalent series resistance by the formation of an ionic conductive solid interface layer. Whatever the aging mode, no clear influence of the surface functions of activated carbons could be evidenced. The most likely assumption is based on the content and the nature of the impurities present in the activated carbon, some of which are electroactive and can even play a catalytic role.

Les propriétés physiques et thermodynamiques des métaux liquides dépendent de la structure électronique. La structure ionique est décrite soit par la fonction de corrélation de paires dans l'espace réel ou par le facteur de structure dans l'espace réciproque. Celui-ci est directement accessible par diffraction de neutrons ou de rayons X. Le formalisme du pseudopotentiel nous permet de construire le potentiel effectif interionique, ce dernier est utilisé dans la simulation par dynamique moléculaire pour étudier les propriétés statiques comme la structure atomique et les propriétés dynamiques comme la diffusion et la viscosité. Les calculs ont été faits pour l'étain liquide, pour les métaux nobles ainsi que pour leurs alliages constituant les soudures sans plomb. Nous décrivons dans le premier chapitre les différentes propriétés des métaux liquides. Dans le chapitre II, nous présentons le formalisme du pseudopotentiel et la méthode de simulation par dynamique moléculaire. Dans le chapitre III, nous testons d'abord différents pseudopotentiels sur l'étain liquide et nous prouvons que le pseudopotentiel de Shaw local est le seul qui décrit d'une manière correcte la structure atomique. On utilise ensuite ce potentiel pour déterminer le coefficient de diffusion à partir de la fonction d'autocorrélation de vitesse et de sa transformée de Fourier: la densité spectrale. La viscosité de cisaillement est enfin calculée, pour la première fois à notre connaissance, pour l'étain liquide en utilisant la formule de Green-Kubo par intégration de la fonction d'autocorrélation des contraintes. Il est aussi particulièrement difficile de décrire correctement les métaux nobles avec la théorie des pseudopotentiels. En effet leur densité d'états est influencée par leur bande d. Pour surmonter cette difficulté, nous associons le concept de valence effective au potentiel de Shaw local. Les facteurs de structure calculés en fonction de la température sont en très bon accord avec les valeurs expérimentales. L'adéquation du choix du pseudopotentiel est confirmée par les résultats des coefficients de diffusion et de viscosités de cisaillement. Les propriétés des métaux purs et des alliages (soudures sans plomb) calculées en fonction de la température sont en bon accord avec les valeurs expérimentales, prouvant que le pseudopotentiel est transférable aux alliages. Cela confirme notre choix initial du pseudopotentiel local de Shaw et l'introduction du concept de valence effective. Une bonne connaissance de la diffusion et de la viscosité est très importante d'un point de vue industriel pour comprendre les problèmes technologiques liés au mouillage des substrats par les soudures et à la formation d'intermétalliques entre les soudures et le substrat / The physical and thermodynamical properties of liquid metals depend on the electronic structure. The ionic structure is described either by the pair correlation function in real space or by the structure factor in reciprocal space which is directly accessible by neutrons or X rays diffraction measurements. Pseudopotential formalism allows us to construct an ionic effective potential. It is used in Molecular Dynamics simulation to study the static properties like the atomic structure and the dynamic ones like diffusion and viscosity. These calculations have been done for liquid tin, for noble metals and for theirs alloys forming lead-free solders. We first describe in chapter I the different properties of liquid metals. In chapter II we present the pseudopotential formalism and the Molecular Dynamics method. In chapter III we first test different pseudopotentials on liquid tin and we prove that the Shaw local model potential is the only one able to describe adequately the atomic structure. Then we used it to determine the diffusion coefficient from the velocity autocorrelation function and from its Fourier transform: the spectral density. Finally, we calculated, for the first time to our knowledge, the shear viscosity of liquid tin with Green-Kubo formula by integrating the stress autocorrelation function. It is also particularly difficult to describe correctly liquid noble metals with pseudopotentials since their density of states is influenced by their d band. To overcome this difficulty we associate the concept of effective valence (determined theoretically) to the Shaw local potential. The calculated structure factors as function of temperature are in a very good agreement with the experimental ones. The adequacy of the choice of our pseudopotential is confirmed by the results of diffusion coefficients and shear viscosities. The properties of pure metals and alloys (lead free solders) as function of temperature are in good agreement with experimental values proving that the Shaw local pseudopotential is transferable to alloys. This confirms our initial choice of pseudopotential and effective valence. Having a good knowledge of diffusion and viscosity is very important from an industrial point of view. Indeed, we need understanding technological problems linked to the wetting of a solder on a substrate and to the formation of intermetallics between the solder and the substrate

Cette thèse a trait aux paramètres dynamiques de la RMN, ceux-ci permettant d'accéder aux différents types de mouvement : la réorientation moléculaire, accessible via les paramètres de relaxation, et la translation, directement caractérisée par le coefficient d'auto-diffusion. Après une introduction aux concepts théoriques de la relaxation de spin, c'est à travers trois applications que nous mettons en oeuvre différents paramètres dynamiques (temps de relaxation, paramètres d'Effet Overhauser Nucléaire, coefficients d'auto-diffusion). L'interprétation des résultats expérimentaux conduit à des informations très variées qui ne concernent pas uniquement la dynamique des molécules mais également leur structure, comme par exemple les distances interatomiques, ou les arrangements dans des systèmes supramoléculaires. La caractérisation structurale et dynamique d'un organogel constitue le fil conducteur de cette thèse. Chacun des trois chapitres suivants est en effet dédié à une technique RMN appliquée, entre autres, à ce système afin de mettre en évidence la relation qui existe entre la structure du gélateur et son pouvoir gélifiant, et de déterminer le rôle joué par le solvant dans le processus d'organogélation. Deux autres applications sont envisagées : au troisième chapitre, consacré à la relaxation croisée, nous mettons en évidence la configuration Z ou E d'un intermédiaire de synthèse; dans le quatrième chapitre, consacré à la diffusion translationnelle, nous proposons une méthode très simple pour analyser les composants d'un mélange de trois terpènes à partir des coefficients d'auto-diffusion déterminés par RMN du carbone-13 / This thesis deals with NMR dynamical parameters, the latter leading to the two types of molecular motion: reorientation, obtained via relaxation parameters, and translation motion, directly probed by self-diffusion coefficient. First, spin relaxation concepts are introduced theoretically. Then, various dynamical parameters (relaxation times, Nuclear Overhauser Effet parameters, self-diffusion coefficients) are envisioned for studying three different systems. The interpretation of experimental results provides a variety of information that does not only concern the dynamics of molecules but also their structure, such as interatomic distances, or their organization in supramolecular systems. Structural and dynamic characterization of an organogel is the lead of this thesis. Indeed, each of the three following chapters is dedicated to a given NMR technique which is applied, among other things, to this system in order to study: i) the correlation between the gelator structure and its gel formation ability, ii) the role played by the solvent in the gelification process. Two other applications are considered: in the third chapter, devoted to cross-relaxation, we discriminate the Z or E configurations of a synthetic intermediate. In the fourth chapter, devoted to translational diffusion, we propose a very simple method for analyzing a mixture of three terpenes from NMR carbon-13 experiments

Le handicap ou les décès en rapport avec l'asphyxie périnatale dans les pays développés correspondent à 0,2 à 1,3/1000 naissances vivantes. L’évaluation clinique et l’IRM conventionnelle permettent de distinguer les formes modérées des formes graves d’Encéphalopathies Hypoxiques Ischémiques (EHI). Le pronostic des EHI modérées reste difficile à préciser. L’imagerie des tenseurs de diffusion (DTI) mesure la diffusion de l'eau dans les tissus cérébraux et les paramètres quantitatifs tels que la Fraction d’Anisotropie et le Coefficient Apparent de Diffusion de l’eau (ADC) reflètent les propriétés microstructurales tissulaires. Nous avons mené une étude clinique et une étude expérimentale. L'objectif de l'étude clinique était d'évaluer les paramètres d'IRM, de SRM et de DTI chez les nouveau-nés asphyxiques à terme. Nous avons montré que l'IRM (y compris la diffusion conventionnelle) et les ratios du Lactate en SRM sont des outils intéressants pour l’évaluation neurologique précoce de ces nouveau-nés. Les paramètres de DTI (FA et ADC) dans des zones spécifiques cérébrales (capsules internes, pédoncules cérébraux, putamen/pallidum) sont fortement corrélés avec l'évolution neurologique précoce (J8) et à 6 mois, reflétant de possibles différences dans les mécanismes physiopathologiques impliqués. Des études sont nécessaires pour évaluer à long terme la valeur pronostique de ces paramètres. L'objectif de l'étude expérimentale était d'évaluer les effets à court terme de l'érythropoïétine (Epo) sur les lésions cérébrales en imagerie de diffusion et l’expression de l’aquaporine-4 en immunohistochimie dans un modèle HI de rat nouveau-né. L'effet protecteur potentiel de l'Epo humaine recombinante sur les ratons a été étudié. L'Epo a un effet neuroprotecteur précocement dans notre modèle (réduction de la surface de l’accident vasculaire cérébral AVC, augmentation de la valeur d’ADC dans l’AVC chez les rats traités), éventuellement grâce à une « up-régulation » de l’expression de l'aquaporine-4. Un mécanisme possible de la diminution de l’œdème cérébral pourrait être une meilleure élimination de l’'excès d'eau des tissus cérébraux vers la circulation sanguine via l'aquaporine-4. / Severe neurological impairment or death in relation to perinatal asphyxia in developed countries concern 0.2 to 1.3/1000 live births. Clinical evaluation and conventional Magnetic Resonance Imaging (MRI) parameters are efficient to distinguish severe to minor Hypoxic-Ischemic Encephalopathy (HIE), but it remains discussed regarding long term outcome for babies with moderate HIE. Diffusion Tensor Imaging (DTI) measures the diffusion of water in cerebral tissue and quantitative parameters such as Fractional Anisotropy (FA) and Apparent Diffusion Coefficient (ADC) reflect the microstructure properties in local areas. We conducted in the same time a clinical and an experimental study. The aim of the clinical study was to evaluate MRI, MR Spectroscopy (MRS) and DTI parameters in asphyxiated full-term neonates. We showed that MRI (including conventional diffusion) and MRS represent interesting tools to evaluate the early neurological outcome in HIE neonates. DTI parameters in specific brain areas had strong correlations with early and at 6 months neurological outcome in babies with HIE. Studies are needed to evaluate the long-term prognostic value of DTI parameters in neonates with moderate injury. The aim of the experimental study was to evaluate the short-term effects of erythropoietin (Epo) on brain lesions (MR-Diffusion Imaging) and aquaporin-4 (immunohistochemistry) expression in a HI neonatal rat model. The potential protective effect of human recombinant Epo on a HI pup rat model was studied. We conclude that Epo has a short-term protective effect in HI pup rat model (reduction of stroke area; increase of ADC value in stroke area in treated rats), possibly through an early up-regulation of aquaporin-4 expression. One possible mechanism could be a better clearance of water excess from brain tissues to blood by aquaporin-4.

Les particules en suspension dans l'eau de mer incluent les sédiments, le phytoplancton, le zooplancton, les bactéries, les virus et des détritus. Ces particules sont communément appelés matière en suspension (MES). Dans les eaux côtières, la MES peut parcourir de longues distances et être transportée verticalement à travers la colonne d'eau sous l'effet des vents et des marées favorisant les processus d'advection et de resuspension. Ceci implique une large variabilité spatio-temporelle de MES et quasiment impossible à reconstituer à travers les mesures traditionnelles des concentrations de MES [MES], par filtration de l'eau de mer à bord de bateaux. La [MES] peut être obtenue à partir de capteurs optiques enregistrant la diffusion et déployés soit de manière in-situ, soit à partir d'un satellite dans l'espace. Depuis la fin des années 70, par exemple, les satellites "couleur de l'eau" permettent d'établir des cartes de [MES] globales. La fréquence d'une image par jour pour la mer di Nord de ces capteurs polaires représente un obstacle non négligeable pour l'étude de variabilité de la [MES] dans les eaux côtières où la marée et les vents engendrent des variations rapides au cours de la journée. Cette limitation est d'autant plus importante pour les régions avec une couverture nuageuse fréquente. Les méthodes in-situ à partir d'un navire autonome ou d'une plateforme amarrée permettent d'enregistrer des données en continu mais leur couverture spatiale reste néanmoins limitée. Ce travail a pour objectif de mettre en avant les techniques de mesures in-situ et satellite de la [MES] en se concentrant principalement sur deux points. Premièrement, d'acquérir une meilleure connaissance de la variabilité de la relation entre la [MES] et la lumière diffuse, et deuxièmement, d'établir des cartes de [MES] dans la mer du Nord avec le capteur géostationnaire météorologique Européen (SEVIRI) qui donne des images chaque 15 minutes.La variabilité de la relation entre la [MES] et la lumière diffuse est étudiée à l'aide d'une banque de données in-situ. Nous démontrons que la [MES] est le mieux estimée à partir des mesures dans l'intervalle rouge du spectre de lumière rétro-diffuse. Par ailleurs, la relation entre la [MES] et la rétrodiffusion est gouvernée par la composition organique/inorganique des particules, ce qui représente des possibilités d'amélioration pour les algorithmes d'estimation de [MES] à partir de la couleur de l'eau. Nous démontrons aussi qu'avec SEVIRI il est possible d'estimer la [MES], la turbidité et le coefficient d'atténuation, deux variables étroitement liées à la [MES], avec généralement une bonne précision. Bien qu'il y ait d'importantes incertitudes dans les eaux claires, cette réussite est remarquable pour un capteur météorologique initialement conçu pour le suivi des nuages et des masses glaciaires, cibles beaucoup plus brillantes que la mer! Ce travail démontre pour la première fois que la variabilité de la [MES] à l'échelle temporelle des marées dans les eaux côtières au sud de la mer du Nord peut être capturée et mesurée par le biais de la télédétection de la couleur de l'eau ; ce qui ouvre des opportunités pour le monitoring de la turbidité et pour la modélisation des écosystèmes. Le premier capteur géostationnaire couleur de l'eau a été lancé en juin 2012, donnant des images multispectrale des eaux coréennes chaque heure. D'autres capteurs vont probablement suivre dans l'avenir, couvrant le reste des eaux du globe. Ce travail nous permet donc de préparer, de façon optimale, l'arrivée de ces capteurs qui vont révolutionner l'océanographie optique. / Particles suspended in seawater include sediments, phytoplankton, zooplankton, bacteria, viruses, and detritus, and are collectively referred to as suspended particulate matter, SPM. In coastal waters, SPM is transported over long distances and in the water column by biological, tide or wind-driven advection and resuspension processes, thus varying strongly in time and space. These strong dynamics challenge the traditional measurement of the concentration of SPM, [SPM], through filtration of seawater sampled from ships. Estimation of [SPM] from sensors recording optical scattering allows to cover larger temporal or spatial scales. So called ocean colour satelittes, for example, have been used for the mapping of [SPM] on a global scale since the late 1970s. These polar-orbiting satellites typically provide one image per day forthe North Sea area. However, the sampling frequency of these satellites is a serious limitation in coastal waters where [SPM] changes rapidly during the day due to tides and winds.Optical instruments installed on moored platforms or on under-water vehicles can be operated continuously, but their spatial coverage is limited. This work aims to advance in situ and space-based optical techniques for [SPM] retrieval by investigating the natural variability in the relationship between [SPM] and light scattering by particles and by investigating whether the European geostationary meteorological SEVIRI sensor, which provides imagery every 15 minutes, can be used for the mapping of [SPM] in the southern North Sea. Based on an extensive in situ dataset, we show that [SPM] is best estimated from red light scattered in the back directions (backscattering). Moreover, the relationship between [SPM]] and particulate backscattering is driven by the organic/inorganic composition of suspended particles, offering opportunities to improve [SPM] retrieval algorithms. We also show that SEVIRI successfully retrieves [SPM] and related parameters such as turbidity and the vertical light attenuation coefficient in turbid waters. Even though uncertainties are considerable in clear waters, this is a remarkable result for a meteorological sensor designed to monitor clouds and ice, much brighter targets than the sea! On cloud free days, tidal variability of [SPM] can now be resolved by remote sensing for the first time, offering new opportunities for monitoring of turbidity and ecosystem modelling. In June 2010 the first geostationary ocean colour sensor was launched into space which provides hourly multispectral imagery of Korean waters. Other geostationary ocean colour sensors are likely to become operational in the (near?) future over the rest of the world's sea. This work allows us to maximally prepare for the coming of geostationary ocean colour satellites, which are expected to revolutionize optical oceanography. / De in zeewater aanwezige zwevende materie zoals sedimenten, fytoplankton, zooplankton, bacteriën, virussen en detritus, worden collectief "suspended particulate matter" (SPM) genoemd. In kustwateren worden deze deeltjes over lange afstanden en in de waterkolom getransporteerd door biologische processen of wind- of getijdenwerking, waardoor SPM sterk varieert in ruimte en tijd. Door deze sterke dynamiek wordt de traditionele bemonstering van de concentratie van SPM, [SPM], door middel van filtratie van zeewaterstalen aan boord van schepen ontoereikend. Optische technieken die gebruik maken van de lichtverstriioongseigenschappen van SPM bieden een gebieds- of tijdsdekkend alternatief. Zogenaamde "ocean colour" satellieten bijvoorbeeld leveren beelden van o.a. [SPM] aan het zeeoppervlak op globale schaal sinds eind 1970, met een frequantie van één beeld per dag voor de Noordzee. Deze frequentie is echter onvoldoende in onze kustwateren waar [SPM] drastisch kan veranderen in enkele uren tijd. Optische instrumenten aan boord vann schepen of op onderwatervoertuigen kunnen continu meten, maar de gebiedsdekking is deperkt. Dit werk heeft tot doel de lichtverstriioongseigenschappen van SPM te karakterizeren en te onderzoeken of de Europese geostationaire weersatelliet, die elk kwartier een beeld geeft, kan worden gebruikt voor de kartering van [SPM] in de zuidelijke Noordzee. Op basis van een grote dataset van in situ metingen tonen wij aan dat [SPM] het nauwkeurigst kan worden bepaald door de meting van de verstrooiing van rood licht in achterwaartse richtingen (terugverstrooiing). Bovendien blijkt de relatie tussen [SPM] en terugverstrooiing afhankelijk van de organische-anorganische samenstelling van zwenvende stof, wat mogelijkhenden biedt tot het verfijnen van teledetectiealgoritmen voor [SPM]. Voorts tonen woj aan dat de Europese weersatelliet, SEVIRI, successvol kan worden aangewend voor de kartering van [SPM] en gerelateerde parameters zoals troebelheid en lichtdemping in de waterkolom. Hoewel met grote meetonzekerheid in klaar water toch een opmerkelijk resultaat voor een sensor die ontworpen werd voor detectie van wolken en ijs! Op wolkenvrije dagen wordt hierdoor de getijdendynamiek van [SPM] in de zuidelijke Noordzee voor het eerst detecteerbaar vanuit de ruimte, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor de monitoring van waterkwaliteit en verbetering van ecosysteellodellen. Sinds juni 2010 is de eerste geostationaire ocean colour satelliet een feit : elk uur een multispectraal beeld van Koreaanse wateren. Vermoedelijk zullen er in de (nabije?) toekomst meer volgen over Europa en Amerika. Dit werk laat toe ons maximaal voor te bereiden op te komst van zo'n satellieten, waarvan verwacht wordt dat zij een nieuwe revolutie in optische oceanografie zullen ontketenen.

Dans le cadre de la télédétection hyperfréquence active, un des objectifs est l'analyse de l'écho radar recueilli après son interaction avec la surface de la terre, afin de remonter aux paramètres physiques et géométriques de la scène observée. Pour mieux appréhender ce problème inverse, une bonne connaissance du problème direct reste indispensable.<br /><br />Ce mémoire traite de l'étude de la diffraction d'une onde électromagnétique par une surface rugueuse aléatoire, séparant deux milieux homogènes. Une méthode exacte (méthode C), donnant les intensités cohérentes et incohérentes d'une surface rugueuse 1D ou 2D aléatoire, éclairée par une onde plane, a été développée. Cette méthode est basée sur la résolution des équations de Maxwell dans un système de coordonnées non orthogonales, lié à la surface.<br /><br />Les surfaces considérées sont des réalisations d'un processus spatial aléatoire gaussien et isotrope. La génération des profils diffractant est assurée par filtrage linéaire. Les paramètres statistiques des profils sont estimés à partir de fichiers numériques de sols agricoles nus. <br /><br />Nous avons investi la méthode numériquement et comparé nos résultats à la littérature ainsi qu'à des données expérimentales. Nous avons aussi utilisé cette méthode pour étudier l'impact de la rugosité et de l'humidité du sol sur le diagramme de rayonnement.

L’opération de transfert de matière gaz/liquide est une étape essentielle en génie desprocédés. Elle conditionne directement les performances des contacteurs gaz/liquide en représentantbien souvent l’étape limitant l’efficacité du procédé. L'objectif de cette étude est de proposer denouvelles investigations afin d'étudier l'effet de la présence dans l'eau pure, de certains composésgénéralement rencontrés dans les procédés biologiques, sur les coefficients de diffusion de l'oxygèneet de quantifier leurs conséquences sur les coefficients de transfert de matière côté liquide. Lescoefficients de diffusion de l'oxygène DO2 ont été mesurés dans diverses phases liquides contenant dusel (NaCl), du sucre (glucose) ou des tensio-actifs (laurylsulfate de sodium). Comparé à l'eau pure,des réductions de coefficient de diffusion DO2 ont été observées, la variation de DO2 avec laconcentration C de composé a été modélisée, elle dépend de la nature du composé ajouté. Ensuite,des expériences réalisées sur un train de bulles et sur les mêmes phases liquides ont permis ladétermination des coefficients de transfert de matière côté liquide kL. Quelle que soit la solutionaqueuse étudiée, une diminution des valeurs de kL est observée avec l'augmentation de C. Cesrésultats mettent en évidence que, même si les propriétés de l'eau pure (densité, viscosité, tensionsuperficielle) ne sont pas significativement modifiées par l'ajout de sels (NaCl), les coefficients detransfert de matière côté liquide kL peuvent être modifiés. Pour les solutions aqueuses de glucose, laréduction de kL avec DO2 est bien corrélée, et principalement due à la variation de viscosité avec laconcentration. Pour les solutions de tensio-actif, les nombres de Reynolds restent presque constantspour toutes les concentrations. Le seul responsable de la réduction du coefficient de transfert dematière côté liquide kL est donc le coefficient de diffusion de l’oxygène qui diminue avec laconcentration. La présente étude a clairement confirmé la nécessité de compléter et/ou rendre comptedes données liées aux coefficients de diffusion de l’oxygène DO2 et aux coefficients de transfert dematière côté liquide kL dans des milieux complexes (solution électrolytique, solution organique ettensioactif). Ces informations sont nécessaires pour décrire et modéliser correctement lesphénomènes de transfert de matière gaz/liquide / The gas/liquid mass transfer is an essential step in process engineering. It directly affects theperformance of gas/liquid reactor in being often limiting process efficiency. The objective of this studyis to propose new investigations in order to study (i) the effect on oxygen diffusion coefficients underthe presence in clean water of some compounds usually found in biological process and (ii) quantifytheir consequences on liquid-side mass transfer coefficients. The oxygen diffusioncoefficients DO2 were measured in various synthetic liquid phases containing either salt (NaCl), sugar(glucose) or surfactant (sodium laurylsulphate). When compared to clean water, reductionsof DO2 were observed; the variation of DO2 with the compound concentration C was modeled andfound dependent on the nature of the compound added. Then, to determine the liquid side masstransfer coefficient kL, experiments on a train of bubbles rising in a quiescent liquid phase were carriedout by the same synthetic liquid phases. For all cases, whatever the aqueous solutions, a decreaseof kL with increasing C was clearly observed. These results firstly showed that, even if the properties ofclean water (density, viscosity, surface tension) were not significantly changed by the addition of salts(NaCl), the liquid-side mass transfer coefficients could be modified. For the aqueous solutions ofglucose, the reduction of kL with DO2 was well correlated, and mainly due to the change in viscositywith concentration. For surfactants, the hydrodynamic conditions (i.e. bubble Reynolds number) beingalmost kept constant for all concentrations, only the change in DO2 was thus responsible for thedecrease of kL. The present study clearly confirmed the need to complete and/or account for thedatabase related to oxygen diffusion coefficients and liquid side mass transfer coefficient in complexmedia (electrolytic solution, organic solution and surfactant). This condition is imperatively required todescribe and to model appropriately the gas-liquid mass transfer phenomena