Reproduction de : Thèse de doctorat : Mécanique de fluides. Énergétique et transferts : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 85 réf.

Thèse de doctorat : Mécanique et énergétique : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Cette thèse présente une étude expérimentale de la fluorescence induite par laser analysée par un spectromètre à transformée de Fourier haute résolution de la molécule KLi. Des courbes de potentiel précises ont été calculées pour l'état fondamental, X1+, de 39K7Li et 39K6Li. Une étude simultanée de ces deux isotopologues a établi une brisure de l'approximation de Born-Oppenheimer faible mais significative. Nous avons aussi détecté 6 niveaux vibrationnels élevés de l'état a3+, également corrélé à l'asymptote atomique Li(2s) + K(4s). Bien que les données ne couvrent que 25 % du puits de potentiel, une expression analytique donne une bonne extrapolation vers le minimum du potentiel et ajuste toutes les données dans limites de l'incertitude expérimentale. Une expérience similaire de CuCl2 formé en jet supersonique a conduit à déterminer la constante de spin-orbite de l'état X2g de CuCl2. Des spectres de polarisation de NaLi ont été aussi analysés, donnant des informations préliminaires sur deux états excités

Les travaux de thèse présentés ici ont été motivés par les besoins de connaissances, sur le mélange et la combustion des flammes jets non prémélangées, rencontrées dans les propulseurs de type aérobies (statoréacteurs). En effet, il existe encore de nombreux problèmes inhérents à ce type de propulseurs, notamment en ce qui concerne le mélange et la combustion de fluide de densités très différentes, puis l'allumage et la stabilisation de flammes, caractérisées par une importante hétérogénéité des réactifs. Pour le faire, nous avons déterminé expérimentalement, l'influence sur le mélange et la combustion, d'une variation du rapport de vitesse r (entre l'écoulement de combustible et les écoulements d'airs amont), puis d'une variation de la masse volumique des écoulements d'air et enfin d'une modification de la nature du combustible (comparaison entre de l'hydrogène pur et des mélanges méthane/hydrogène). Ces travaux expérimentaux sont menés au sein d'une soufflerie dédiée à l'étude des flammes jets non prémélangées, dans des écoulements subsonique à haute vitesse. Pour les besoins de l'étude, différents diagnostics, notamment optiques, ont été mis en place de manière permanente ou ponctuelle : mesure de pressions et de températures, chimiluminescence, vélocimétrie par imageries de particules (PIV) et fluorescence induite par plan laser sur radicaux OH (PLIF-OH). La première partie de l'étude nous a permis de mettre en exergue l'influence d'une variation du rapport de densité s (initiée par la modification de la température des écoulements d'air amont) sur le mélange et la combustion. Il est ressorti de l'étude que le ratio de masse volumique n'avait que peu ou pas d'influence sur le mélange et la combustion des flammes jets non prémélangées d'hydrogène/air subsonique à haute vitesse. Une deuxième partie de l'étude nous a permis d'observer l'influence d'une variation du rapport de vitesse r sur le mélange et la combustion. Pour le faire 3 flammes d'hydrogène/air avec des vitesses d'entrée de combustible différentes ont été mises en œuvre. Nous avons pu conclure que la diminution du rapport de vitesse (associée à l'augmentation de la vitesse d'entrée du combustible) conduisait à l'amélioration du mélange au sein des écoulements et une meilleure efficacité de la combustion (définie à partir du dégagement de chaleur). Nous avons également pu conclure que sous l'hypothèse d'une vitesse des écoulements d'air amont constante, l'augmentation de la vitesse du combustible était accompagnée d'une amélioration de l'entraînement (évasement du jet). Une troisième partie de l'étude nous a permis de mettre en avant l'influence de la nature du combustible sur le mélange et la combustion. La modification de la nature du combustible entraîne à la fois une modification du rapport de densité s et de la composition du mélange. Ainsi le mélange et la combustion de 4 combustibles différents ont été comparés dans les mêmes conditions aérothermodynamiques: de l'hydrogène pur et 2 mélanges de méthane/hydrogène avec 5%-mol et 10%-mol de CH4. L'étude du mélange a révélé que le ratio de masse volumique s n'avait que peu ou pas d'influence, confirmant ainsi la première étude. L'étude de la combustion a permis de mettre en exergue plusieurs points. Notamment que la cinétique chimique plus lente du méthane par rapport à l'hydrogène entraîne une diminution de l'efficacité de la combustion (basée sur le taux de combustible brûlé). Néanmoins, le PCIv du méthane ~3 fois plus élevé que celui de l'hydrogène conduit à un niveau de chaleur dégagé au sein de la veine du même ordre dans les mêmes conditions aérothermodynamique. Il est également ressorti de l'étude, que l'introduction croissante de méthane dans le mélange conduit à une structure de la zone de réaction de plus en plus marquée par des discontinuités (extinctions locales de la flamme). L'accrochage et la stabilisation de la flamme ont également été abordés. Alors que la flamme d'hydrogène/air ne pose aucun problème, l'accrochage et la stabilisation de la flamme de méthane/hydrogène/air avec 34%-mol de CH4, n'a jamais pu être obtenue. Ainsi la proportion de méthane dans le mélange est apparue comme un facteur très limitant (méthane caractérisée par une chimie plus lente que l'hydrogène). La vitesse des écoulements d'air amont est également apparue comme un facteur limitant, du fait du processus d'accrochage et de stabilisation de la flamme intrinsèque au dispositif expérimental. Ainsi l'accrochage et la stabilisation des flammes de méthane/hydrogène/air n'ont pu être obtenus qu'à des vitesses des écoulements d'air amont inférieures à 80 m/s, une fois la flamme stabilisée. Un autre point important est ressorti de l'étude : nous avons pu mettre en évidence une longueur de combustion conditionnée par la présence du confinement. En effet, du fait du confinement, on observe une accélération des écoulements extérieurs au sein de la veine (encore plus importante en réactif du fait de la présence d'un gradient de pression favorable induit par la combustion). Le jet de combustible ayant été clairement identifié comme un type de jet « fortement advecté », l'accélération des écoulements extérieurs conduit à une convection globale des écoulements accrue. Enfin, les perspectives de cette étude concernent essentiellement la comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats de simulations numériques réalisées au moyen d'un code CFD (CEDRE de l'ONERA).

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3784. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p.181-193.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Lasers, Molécules, Rayonnement atmosphérique : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3442. Résumé en français et en anglais. En annexe une publication en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. [131-132].

La limitation des rejets en CO₂ associés aux normes européennes antipollution de plus en plus sévères ont conduit les constructeurs automobiles à innover dans de nouveaux concepts de combustion, dans l’objectif d’augmenter le rendement des moteurs essence conventionnels. La combustion de type Partiellement Prémélangée, communément appelée Gasoline Partially Premixed Combustion (soit GPPC) semble être l’un des possibilités pour répondre à ces problématiques, en particulier s’il était possible d’atteindre un rendement proche des rendements Diesel avec des émissions polluantes plutôt de type moteur à allumage commandé et qui pourraient donc être traitées par systèmes de post-traitement classiques. Cette étude vise, par une approche expérimentale, à comprendre les processus physiques qui permettent d’optimiser ce nouveau mode de combustion, en particulier en termes de préparation du mélange et de déroulement de la combustion proprement dite. La première partie de ce travail a consisté en la détermination de l’impact des différentes conditions thermodynamiques, de la stratégie d’injections et du taux de dilution sur le déroulement de la combustion à partir de données obtenues sur un moteur opaque. Trois modes de dégagements de chaleur très distincts ont été sélectionnés, l’un représentant la configuration optimale en termes de rendement et d’émissions polluantes à partir d’expériences réalisées sur moteur monocylindre à fort taux de compression et avec une chambre typée Diesel. Des techniques de diagnostics optiques ont été mises en place sur un moteur identique mais à accès optiques dans l’objectif d’isoler tout particulièrement l’impact du phasage de la seconde injection sur le déroulement de la combustion. L’étude de la propagation liquide du spray lors de l’injection, de l’interaction entre l’air et le carburant lors du processus de formation du mélange et de la phase d’oxydation du carburant a ainsi pu être réalisée et a permis de valider les hypothèses émises lors des essais sur moteur opaque pour expliquer les processus de combustion et donner des pistes de contrôle de ce type de combustion. / Carbon dioxide (CO₂) and other pollutant emission limitations are more and more rigorous. These limits conduct cars manufacturers to study new combustion concept, in order to increase conventional gasoline engine efficiencies. Gasoline Partially premixed combustion concept (GPPC) seems to have the potential to reach these objectives, in other terms an efficiencies comparable to diesel engine by with emissions of gasoline engine, which mean a low cost after-treatment system. This study investigates, by an experimental approach, the physical process responsible on controlling this combustion concept and by the way improves it. This will be done by studying the mixture preparation and the combustion behaviour. The first part of this work concerns on determining the impact of in-cylinder thermodynamic conditions, injection strategy and the dilution rate on combustion behaviour using a single cylinder all metal engine. Three distinctive heat release rates were selected; where one represent the optimized injection phasing in term of efficiencies and pollutant emissions. The second part was dedicated to studying the process involved in GPPC combustion mode by optical diagnostic techniques on single cylinder optical access diesel engine. The impact of second injection phasing, fuel and air interaction and also the fuel combustion process allowed the validation of hypothesis emitted in the first part to explain the combustion behaviour and give ways to control this combustion mode.

Les Céramiques Ultra-Haute Température (UHTC) sont des matériaux prometteurs dans le cadre d'applications en conditions extrêmes comme les parties proéminentes de véhicules à rentrée atmosphérique ou les chambres de combustion de moteurs aéronautiques. La compréhension des mécanismes d'oxydation à haute température présente donc un intérêt majeur, car les réactions en milieu oxydant limitent fortement leur durée de vie. Les matériaux ZrB2-SiC, HfB2-SiC et HfB2-SiC-Y2O3 ont été soumis pendant des durées et températures variables (jusqu'à 2400°C) à des environnements contrôlés contenant de la vapeur d'eau. Les microstructures formées ont été décrites, et les mécanismes et cinétiques d'oxydation régissant leur comportement ont été analysés. L'importance de la stabilité et de la nature de la phase vitreuse formée durant l'oxydation a été soulignée. En complément de ces analyses microstructurales, une campagne d'essais utilisant la Fluorescence Induite par Laser (LIF) a permis, via la détection in situ de la molécule BO2, de comprendre plus finement la dynamique de la phase vitreuse lors de l'oxydation. Enfin, une modélisation de la croissance de couches oxydées sur un matériau monophasé a été effectuée. / Ultra-High Temperature Ceramics (UHTC) are promising materials for applications in extreme environments such as prominent parts of atmospheric re-entry vehicles or the combustion chambers of aeronautic engines. The understanding of oxidation mechanisms at high temperature is of great interest, because reactions in oxidizing atmosphere strongly shorten their lifetime. ZrB2-SiC, HfB2-SiC and HfB2-SiC-Y2O3 materials have been subjected to controlled water vapor-containing environments for different durations and temperatures (up to 2400°C). The microstructures developed by the oxidized materials have been described, and oxidation mechanisms and kinetics governing their behavior have been analyzed. The importance of the stability and nature of the vitreous phase formed during the oxidation has been emphasized. In order to complement these microstructural analyses, tests using Light-Induced Fluorescence (LIF) have been performed, allowing us to finely understand the dynamics of the vitreous phase during oxidation thanks to the in situ detection of the BO2 molecule. Finally, a modelling of the growth of oxidized layers on a single-phased material has been performed.

La reconnaissance chirale joue un rôle fondamental dans la chimie du vivant. On suppose qu'elle a lieu grâce à la formation de paires de contact transitoires et faiblement liées dont l'étude est difficile en solution. C'est pourquoi nous avons étudié ces paires faiblement liées isolées en phase gazeuse à basse température en jet supersonique, par spectroscopie laser électronique et vibrationnelle. Le but de ce travail est la compréhension au niveau microscopique des forces responsables de la reconnaissance chirale.

Avec un monde industriel dont l’un des enjeux est la miniaturisation, l’échelle nanométrique est la prochaine étape à maîtriser. Les nanosources optiques, basées sur un fort confinement de la lumière, devraient permettre d’alimenter les futurs dispositifs nanophotoniques. Depuis que Purcell a démontré que les propriétés d’émission de lumière ne sont pas intrinsèques aux luminophores, la communauté scientifique vise à comprendre et contrôler ces propriétés. Les nanoparticules ou structures métalliques permettent de modifier ces propriétés de luminescence en influant sur l’efficacité d’émission, l’efficacité d’excitation ou encore la redirection de l’émission des émetteurs de lumière. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur l’étude de ce couplage au travers de structures simples composées de nanoparticules entourées de fluorophores, afin de discriminer l’effet de ce couplage à différentes distances séparant le métal de l’émetteur. Nous dégageons trois processus principaux : une forte inhibition de luminescence lors d’une grande proximité entre les émetteurs et le métal, une exaltation de luminescence à distances légèrement plus élevées, et une exaltation de l’excitation. Nous montrons par la suite qu’il est possible d’utiliser cette exaltation de l’excitation pour augmenter les effets d’absorption multiphotonique. Enfin nous ouvrons sur une nouvelle possibilité pour les travaux futurs : l’utilisation de l’aluminium pour utiliser ses possibilités plasmonique dans l’ultra-violet pour réfléchir à des nanosources UV / In an industrial world where one of the most important issues is miniaturization the next step is to master nanometric scale. Optical nanosources, which are based on a strong light confinment, should allow to supply the next nanophotonic devices. Since Purcell demonstrate that light emission properties are not inhérent to optical emitters, scientists search to understand and control these properties. Metallic nanoparticles or nanostructures allow to modify these luminescence properties by changing emission and excitation rates or redirect the emitted light.In this study, we focus on this coupling with simple structures made from nanoparticles and quantum emitters in order to discriminate the effect of this coupling at different distances between metal and emitter. We observe three different processes: a strong quenching of the luminescence at the viscinity of the metal, an enhancement at longer distances, and an excitation enhancement. Then we show that it is possible to use this amplified excitation to obtain multiphoton absorption. Finally, we prospect a new way for future works: using aluminium plasmonic properties in UV to search on UV nanosources