Dans le but de réduire la consommation en carburant, les émissions de CO2 et les polluants tout en maintenant le haut rendement des moteurs, de nouveaux modes de combustions ont été étudiés et sont d’excellents candidats pour remplacer les moteurs conventionnels. En particulier, le mode HCCI a montré une excellente aptitude pour répondre à ces objectifs. Néanmoins, en dépit de ses avantages, de nombreux challenges sont à surmonter avant de permettre le développement de tels moteurs. Parmi eux, obtenir un contrôle efficace de la totalité de ce processus de combustion sur un large domaine d’utilisation demeure le principal défi. Ces travaux de thèse s’intéressent à l’utilisation des espèces chimiques oxydantes comme un moyen robuste de contrôle de la combustion HCCI. En raison de ces fortes propriétés oxydantes, l’ozone a été la principale molécule étudié. De plus, son intérêt est renforcé par le fait que l’ozone peut être produit au sein d’un véhicule au moyen de petits générateurs, mais cela peut aussi produire des oxydes d’azote. Ces recherches ont été effectuées au moyen d’un banc moteur monocylindre HCCI et couplées avec des simulations de cinétique chimique. Les deux principaux objectifs ont été : (1) Evaluer le potentiel d’utilisation d’un générateur d’ozone pour contrôler la combustion HCCI. L’impact de plusieurs espèces chimiques oxydantes, ozone and NOx, a été étudié sur la combustion de l’isooctane. De plus, un contrôle dynamique a été mis en place avec succès. (2) Comparer l’influence de l’ozone sur la combustion de l’isooctane et de carburants alternatifs. Des carburants à forte teneur en méthane et des alcools ont été étudiés en raison de leur forte résistance à l’autoinflammation et de leur structure chimique. / To reduce the fuel consumption, CO2 emissions and pollutant emissions while keep improving thermal efficiency of engines, alternative combustion modes are being investigated as good candidates to replace spark-ignited and diesel engines. In particular, Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) engines have proven their potential to meet these requirements. However, despite of these advantages, several challenges remain to be addressed prior to the widespread implementation of HCCI engines. Among them, the control of the overall combustion process in such an engine over the full operating range is still considered as the main challenge to overcome. The present work introduces the use of oxidizing chemical species seeded in the intake system as a robust control technique for HCCI combustion process. In particular, ozone was examined due to its strong oxidizing characteristics. Moreover, ozone can be easily produced on-board a real vehicle from the intake oxygen thanks to small ozone generators, but can also lead to the production of NOx. Investigations were carried out using a single-cylinder HCCI engine and kinetics computation analysis. The two main objectives of this work are: (1) Evaluate the potential of using ozone generator to control the HCCI combustion. Along these lines, the interaction between NOx and ozone was investigated for isooctane as fuel and a real time control of the HCCI combustion was implemented and successfully tested. (2) Compare the influence of ozone on the combustion of isooctane and alternative fuels. Methane-based fuels (methane/propane and methane/hydrogen mixtures) and alcohols (methanol, ethanol, n-butanol) were selected due to their higher resistance to autoignition and their different chemical structure.

Le contrôle des moteurs à allumage commandé est devenu capital pour satisfaire la législation sur les émissions polluantes tout en garantissant un bon agrément de conduite.<br />L'objectif était d'estimer la masse et la composition des gaz dans le cylindre d'un moteur à partir de lois physiques afin d'assurer un meilleur contrôle des phases transitoires en prenant en compte les gaz résiduels et les gaz recirculés.<br />La quantité de gaz résiduels a été caractérisée à l'aide de deux expériences et d'un code de calcul. Un modèle a été validé expérimentalement et intégré à un observateur prédicteur bouclé qui permet de prédire la pression et la température dans le collecteur. Les prédictions des différents flux de gaz et des espèces chimiques présents dans le cylindre en sont alors déduites.<br />L'observateur à été validé expérimentalement et en simulation. De plus, un algorithme permettant d'estimer la masse de gaz frais et brûlés à partir de la pression cylindre a été proposé pour obtenir l'information cycle à cycle et cylindre à cylindre.

Dans cette thèse, des structures MEMS de type micropoutre ont été conçues pour des applications capteurs. Un procédé de fabrication alternatif au silicium, associant la technique de sérigraphie à l'utilisation d'une couche sacrificielle (SrCO3), a été utilisé pour la réalisation de micropoutres piezoélectriques (PZT, matériau servant à la fois d'actionneur et de transducteur) dans un premier temps. Des tests de détection en phase gazeuse ont été réalisés avec et sans couche sensible avec succès à l'aide du mode de vibration non conventionnel 31-longitudinal. Le toluène a notamment pu être détecté à des concentrations voisines de 20ppm avec une couche sensible PEUT. D'autres espèces telles que l'eau, l'éthanol ou l'hydrogène ont été détectés sans couches sensibles afin de s'affranchir des contraintes liées à celle-ci (vieillissement notamment). Des tests préliminaires de caractérisation en milieu liquide ont également été réalisés avec dans l'optique la détection d'espèces en phase liquide. Par ailleurs, un capteur de force a été conçu et réalisé avec le même procédé de fabrication. Ce dernier est composé d'une micropoutre en matériau diélectrique sur laquelle est intégrée une piezorésistance servant à la transduction du signal associé à la déformation subie par la micropoutre. Des détections de force en mode statique (sans actionneurs) ont permis de caractériser les capteurs, notamment en termes de sensibilité, de gamme de force et de force minimale détectable ou encore de linéarité.

Dans cette thèse, des structures MEMS de type micropoutre ont été conçues pour des applications capteurs. Un procédé de fabrication alternatif au silicium, associant la technique de sérigraphie à l'utilisation d’une couche sacrificielle (SrCO3), a été utilisé pour la réalisation de micropoutres piezoélectriques (PZT, matériau servant à la fois d’actionneur et de transducteur) dans un premier temps. Des tests de détection en phase gazeuse ont été réalisés avec et sans couche sensible avec succès à l’aide du mode de vibration non conventionnel 31-longitudinal. Le toluène a notamment pu être détecté à des concentrations voisines de 20ppm avec une couche sensible PEUT. D’autres espèces telles que l’eau, l’éthanol ou l’hydrogène ont été détectés sans couches sensibles afin de s’affranchir des contraintes liées à celle-ci (vieillissement notamment). Des tests préliminaires de caractérisation en milieu liquide ont également été réalisés avec dans l’optique la détection d’espèces en phase liquide. Par ailleurs, un capteur de force a été conçu et réalisé avec le même procédé de fabrication. Ce dernier est composé d’une micropoutre en matériau diélectrique sur laquelle est intégrée une piezorésistance servant à la transduction du signal associé à la déformation subie par la micropoutre. Des détections de force en mode statique (sans actionneurs) ont permis de caractériser les capteurs, notamment en termes de sensibilité, de gamme de force et de force minimale détectable ou encore de linéarité. / The project concerns the conception, fabrication and characterization of cantilever-type MEMS structures for sensors applications. An alternative process to silicon related ones, associating the screen-printing technique to a sacrificial layer (SrCO3), was used to realize piezoelectric cantilevers (PZT material utilized as actuator and transducer) in a first time. Detections in gas phase were performed successfully with and without sensitive layer thanks to the unusual 31-longitudinal vibration mode. Namely, we were able to detect toluene at concentrations as low as 20ppm with a PEUT sensitive layer. Other species like water, ethanol or hydrogen could be detected without sensitive layer in order to get rid of the sensitive layer-related issues (ageing for example). Preliminary characterizations were carried out in liquid phase in a view to perform liquid phase detection. Besides, a cantilever-based force sensor, fabricated thanks to the same fabrication process was designed. This last one integrates a piezoresistor allowing the transduction of the mechanical signal linked to the strain overcome by the microcantilever. Force detections in static mode (without any actuator) permitted the sensors’ characterization. Indeed, their sensitivity, force range, minimal detectable force and linearity were carried out.