Les gaz d'atomes utlra-froids sont adaptés pour simuler des phénomènes observés en physique de la matière condensée, de part le haut degré d'ajustabilité de l'ensemble des paramètres avec une précision exceptionnelle.En particulier, la réalisation de pièges hautement anisotropes permet de confiner ces gaz en basse dimension, où le rôle des fluctuations quantiques est accru.Je m'attache en particulier au modèle de gaz de Bose unidimensionel dont les atomes interagissent localement, connu sous le nom de modèle de Lieb et Liniger. Les outils théoriques que j'emploie sont l'Ansatz de Bethe, la théorie conforme des champs, le formalisme des liquides de Tomonaga-Luttinger, ainsi qu'une équivalence exacte entre bosons et fermions.Ces méthodes exactes ou d'approximation me donnent accès, avec une précision remarquable, à la thermodynamique de l'état fondamental, au spectre d'excitations et aux fonctions de corrélation, depuis les corrélations locales à k corps jusqu'à la distribution en impulsion, ainsi qu'au facteur de structure dynamique. Ces observables fournissent des informations concernant les propriétés de cohérence et de superfluidité du gaz. Plus particulièrement, en me servant de la théorie de la réponse linéaire, j'étudie la force de traînée exercée par un faisceau laser gaussien remué dans le gaz.Enfin, je considère la situation où, en relâchant un degré de contrainte dû au piège, une structure à plusieurs modes apparaît et conduit à une augmentation progressive de la dimension effective du système. Tout du long, j'étudie l'effet d'un piège harmonique dans la dimension principale à travers le formalisme de l'Approximation de Densité Locale. / Ultracold atom gases are a versatile platform to simulate condensed matter physics phenomena, as virtually any parameter is experimentally tunable with a high accuracy.In particular, highly anisotropic traps allow the realization of low-dimensional systems, where the role of quantum fluctuations is enhanced. I investigate the paradigmatic model of a one-dimensional Bose gas with contact interactions, a.k.a the Lieb-Liniger model, using powerful analytical tools such as Bethe Ansatz, Conformal Field Theory and the Tomonaga-Luttinger liquid formalism, as well as the Bose-Fermi mapping.These exact and approximate methods allow me to investigate with high accuracy its Ground-State energy and thermodynamics, excitation spectra and correlation functions, from the k-body local correlations to the momentum distribution and the dynamical structure factor. These quantities yield useful informations on the coherence and superfluidity of a gas. In particular, I study the drag force exerted by a gaussian laser beam stirred into the gas in linear response theory.Then, releasing a transverse trapping, I study the appearance of a multimode structure and the dimensional crossover. All along, the effect of a harmonic trap in the longitudinal direction is studied within the Local Density Approximation.

Le comportement plastifiant de polymères purs a été bien étudié dans la littérature. Toutefois, il n'y a eu que peu d'études concernant les membranes à matrices mixtes (MMM). Dans le chapitre 2 de cette thèse, le comportement plastifiant de MMM préparés à partir de nanoparticules mésoporeuses Fe(BTC) et du polymère Matrimid® est étudié avec un gaz pur ou en mélange. Les réseaux métaux-organiques (MOF) sous forme particulaires ont présenté une relativement bonne compatibilité avec le polymère. L'incorporation de Fe(BTC) dans du Matrimid® a permis d'augmenter la perméabilité et la sélectivité des membranes. Pour de faibles pressions de 5 bars, les MMM ont une perméabilité au CO2 de 60% plus grande ainsi qu'une sélectivité de 29% plus grande à comparer à la sélectivité idéale de membranes Matrimid®. Il a été observé que la présence de particules Fe(BTC) retardait l'effet plastifiant vers de plus grandes pressions. De plus, cette pression augmente avec le taux de MOF au sein du matériau. Ce retard est attribué à la mobilité réduite des chaînes polymères dans l'entourage des particules Fe(BTC). Egalement, pour des concentrations en MOF plus élevées, les membranes présentent une sélectivité plus ou moins constante sur toute la gamme de pression étudiée. Le chapitre 3 présente ensuite la préparation et le caractère plastifiant des MMMs basées sur trois types de MOFs (MIL-53(Al) (MOF « repirant »), ZIF-8 (MOF « flexible ») and Cu3(BTC)2 (MOF « rigide »)) dispersés dans le Matrimid®. Les performances en gaz pur ou en mélange ont été étudiées en fonction de la quantité de MOF introduite. Parmi les trois systèmes MOF-MMM, les membranes avec le Cu3(BTC)2 ont présenté la plus haute sélectivité alors que les membranes avec du ZIF-8 ont montré une plus grande perméabilité. Ces améliorations sont essentiellement le fait de la structure cristalline du MOF et de son interaction avec les molécules de CO2. Le chapitre 4 décrit la préparation de membranes à base de mélange Matrimid® polyimide (PI)/polysulfone (PSF) contenant des particules de ZIF-8 pour la séparation gazeuse à haute pression. Un mélange optimisé avec un rapport PI/PSF de 3:1 a été utilisé pour une étude sur la stabilité et la performance de ces MMMs incorporant différentes concentration de ZIF-8. PI et PSF étant miscibles, une bonne compatibilité avec les particules de ZIF-8 est observée. Les MMMs PI/PSF-ZIF-8 ont démontré une amélioration significative de la perméabilité en CO2 lors de l'augmentation de la concentration en ZIF-8, ce qui a été attribué à une augmentation modérée de la capacité de sorption et à une diffusion plus rapide au travers des particules de ZIF-8. Lors des mesures en gaz purs, les membranes PI/PSF (3:1) ont présenté une plastification vers 18 bars alors que l'introduction de ZIF-8 repousse cette valeur à 25 bars. En mélange de gaz, les MMMs PI/PSF-ZIF-8 ont abouti à une suppression de la plastification comme l'a confirmé une mesure constante de la perméabilité et de la sélectivité du CH4, et cet effet est plus accentué avec l'augmentation de la concentration en ZIF-8. Les résultats en séparation des gaz avec les MMMs PI/PSF-ZIF-8 montrent une performance supérieure à celle du Matrimid® ce qui laisse augurer un élargissement du spectre d'application de ces membranes, particulièrement pour la séparation du CO2 à haute pression. Dans le chapitre 5, une nouvelle voie de préparation des MMMs via la fusion contrôlée de particules a été introduite. La modification du Matrimid® par du 1-(3-aminopropyl)-imidazole a permis d'améliorer considérablement la compatibilité avec les particules de ZIF-8. Il a ainsi été possible de préparer des MMMs contenant 30% de MOF sans perte de sélectivité. En augmentant la concentration en ZIF-8, les MMMs ont de meilleures performances dans la séparation de mélange CO2/CH4 à comparer au polymère initial. La perméabilité a augmenté de plus de 200% avec une augmentation de 65% de sélectivité pour le mélange CO2/CH4. / The plasticization behavior of pure polymers is well studied in literature. However, there are only few studies on the plasticization behavior of mixed matrix membranes. In Chapter 2 of this thesis, pure and mixed gas plasticization behavior of MMMs prepared from mesoporous Fe(BTC) nanoparticles and the polymer Matrimid® is investigated. All experiments were carried with solution casted dense membranes. Mesoporous Fe(BTC) MOF particles showed reasonably good compatibility with the polymer. Incorporation of Fe(BTC) in Matrimid® resulted in membranes with increased permeability and selectivity. At low pressures of 5 bar the MMMs showed an increase of 60 % in CO2 permeability and a corresponding increase of 29 % in ideal selectivity over pure Matrimid® membranes. It was observed that the presence of Fe(BTC) particles increases the plasticization pressure of Matrimid® based MMMs. Furthermore, this pressure increases more with increasing MOF loading. This delay in plasticization is attributed to the reduced mobility of the polymer chains in the vicinity of the Fe(BTC) particles. Also, at higher Fe(BTC) loadings, the membranes showed more or less constant selectivity over the whole pressure range investigated. Chapter 3 subsequently presented the preparation and plasticization behavior of MMMs based on three distinctively different MOFs (MIL-53(Al) (breathing MOF), ZIF-8 (flexible MOF) and Cu3(BTC)2 (rigid MOF)) dispersed in Matrimid®. The ideal and mixed gas performance of the prepared MMMs was determined and the effect of MOF structure on the plasticization behavior of MMMs was investigated. Among the three MOF-MMMs, membranes based on Cu3(BTC)2 showed highest selectivity while ZIF-8 based membranes showed highest permeability. The respective increase in performance of the MMMs is very much dependent on the MOF crystal structure and its interactions with CO2 molecules. Chapter 4 described the preparation of Matrimid® polyimide (PI)/polysulfone (PSF)-blend membranes containing ZIF-8 particles for high pressure gas separation. An optimized PI/PSF blend ratio (3:1) was used and performance and stability of PI/PSF mixed matrix membranes filled with different concentrations of ZIF-8 were investigated. PI and PSF were miscible and provided good compatibility with the ZIF-8 particles, even at high loadings. The PI/PSF-ZIF-8 MMMs showed significant enhancement in CO2 permeability with increased ZIF-8 loading, which was attributed to a moderate increase in sorption capacity and faster diffusion through the ZIF-8 particles. In pure gas measurements, pure PI/PSF blend (3:1) membranes showed a plasticization pressure of ~18 bar while the ZIF-8 MMMs showed a higher plasticization pressures of ~25 bar. Mixed gas measurements of PI/PSF-ZIF-8 MMMs showed suppression of plasticization as confirmed by a constant mixed gas CH4 permeability and a nearly constant selectivity with pressure but the effect was stronger at high ZIF-8 loadings. Gas separation results of the prepared PI/PSF-ZIF-8 MMMs show an increased commercial viability of Matrimid® based membranes and broadened their applicability, especially for high-pressure CO2 gas separations. In Chapter 5, a novel route for the preparation of mixed matrix membranes via a particle fusion approach was introduced. Surface modification of the polymer with 1-(3-aminopropyl)-imidazole led to an excellent ZIF-8-Matrimid® interfacial compatibility. It was possible to successfully prepare MMMs with MOF loadings as high as 30 wt.% without any non-selective defects. Upon increasing the ZIF-8 loading, MMMs showed significantly better performance in the separation of CO2/CH4 mixtures as compared to the native polymer. The CO2 permeability increased up to 200 % combined with a 65 % increase in CO2/CH4 selectivity, compared to the native Matrimid®. Chapter 6 finally discussed the conclusions and directions for future research based on the findings presented in this thesis.

À travers l'analyse de la politique climatique à l'échelle intercommunale, la question est aujourd'hui de savoir si le cadre règlementaire apparaît à la fois juridiquement efficace et effectif dans la réalisation des objectifs intercommunaux d'atténuation des émissions de gaz à effet de serre et d'adaptation au changement climatique. Cette analyse prend pour objet d'étude la constitution du plan climat de la Métropole Aix-Marseille-Provence, institution concernée par un ensemble des réformes territoriales, et ce notamment dans la construction de sa politique climatique métropolitaine / Through the analysis of the legal components of the climate action at an intercommunal scale, the question is whether the legal framework built in order to reach the objectives of GHG emissions mitigation and climate change adaptation appears suitable in terms of efficacy and implementation. We explore the establishment of the climate planning document of Aix-Marseille-Provence Metropolis, an institution affected by numerous structural changes in link with territorial reforms

Cette étude a pour objectif principal de développer un réacteur structuré de type monolithe pour atteindre des performances élevées en oxydation partielle du méthane en gaz de synthèse. Les catalyseurs étudiés sont à base de Pt et Ni comme métaux noble et non noble, respectivement, supportés sur un oxyde mixte CeO2-ZrO2 et déposés sur les parois d'un monolithe en corundum. Le rôle de différents dopants introduits dans le support oxyde mixte du catalyseur vis à vis du stockage-déstockage d'oxygène a été élucidé et l'influence des conditions opératoires et des paramètres du procédé sur les performances d'un élément mono canal du monolithe a été précisée. Une étude mécanistique a révélé d'importants facteurs comme la nature et la dynamique des espèces de surface et de coeur et montré que l'interaction entre le Pt et l'oxyde mixte CeO2-ZrO2 déterminait l'activité du catalyseur. Des expériences cinétiques ont démontré que le Pt est requis pour les réactions de reformage mais que le support CeO2-ZrO2 dopé pouvait présenter une activité non négligeable pour l'activation oxydante du méthane. Une modélisation mathématique des données expérimentales a été réalisée avec un modèle prenant en compte essentiellement l'activité du Pt. Cette dernière a été trouvée très supérieure à celle du support. Cependant des expériences en réacteur TAP ont montré qu'une oxydation du catalyseur permettait une vitesse d'oxydation du méthane supérieure

Dans ce travail de thèse sont étudiés des problèmes mathématiques (théorie et approximation) issus de la théorie de la dynamique des gaz compressibles et modélisés par les équations d'Euler. L'approximation numérique de ces problèmes physiques a nécessite une étude détaillée de quelques problèmes de conditions aux limites. Les approximations numériques obtenues sont basées sur la methode des volumes finis, qui nous a semble la mieux adaptée pour la discrétisation des systèmes hyperboliques de lois de conservation en général. La convergence de la methode des volumes finis est obtenue pour les problèmes de lois de conservation scalaires avec des conditions aux limites, a l'aide d'unicité dans l'espace des solutions mesures

Dans cette thèse nous avons utilisé les outils du calcul stochastique pour<br />obtenir l'existence et l'unicité de la solution d'un système d'équations aux<br />dérivées partielles non linéaire dont l'origine remonte à l'étude des modèles de particules collantes.<br />Premièrement, on construit deux diffusions dirigées par des browniens indépendants issues de points différents mais dont la dérive est la même fonction qui combine les deux densités de l'une et l'autre diffusions. On montre que le bonne combinaison de la densité et de la vitesse des particules est solution d'un système d'équations aux dérivées partielles appelé système de gaz sans pression avec viscosité.<br />Deuxièmement, On reprend la problématique d'un article de Sheu sur les densités de transition d'une diffusion non dégénéré, on aboutit à une meilleure précision sur les constantes apparaissant dans l'estimation de Sheu.<br />Finalement, on généralise le système de gaz sans pression déjà étudié par A. Dermoune en 2003, en remplaçant le laplacien par un opérateur plus générale. Alors on montre: l'existence d'une solution faible pour une équation différentielles stochastique non linéaire, identification de la dérive et l'unicité de la solution.

Pour quantifier l'influence des activités humaines sur le climat et en particulier sur la compositionchimique de l'atmosphère, il est primordial de disposer de mesures continues et homogènes. C'estpourquoi l'objet de ce travail de thèse a consisté, dans un premier temps, à installer une nouvellestation d'observation (OASIS pour Observations Atmosphériques par Spectrométrie InfrarougeSolaire) sur le toit de l'Université Paris-Est à Créteil, pour mesurer des spectres d'absorption solairedans l'infrarouge, en vue d'analyser les concentrations de gaz traces et leurs différentes variabilitéstemporelles. Cette étude est centrée sur deux molécules clés de l'atmosphère impliquées, à diverseséchelles, dans les problèmes environnementaux actuels : l'ozone (O3) et le monoxyde de carbone(CO). Le développement de la méthode expérimentale et l'adaptation du code d'inversion (PROFFIT)a permis de restituer les colonnes totales et partielles de ces deux espèces. Pour valider lesperformances de cet instrument et de la méthode employée, les résultats des analyses de OASIS ontété comparés avec diverses données corrélatives provenant de mesures au sol (SAOZ pour l'O3), desatellites (IASI, GOME-2, OMI, pour l'O3, et MOPITT et IASI pour le CO) et de modèles globaux(REPROBUS pour l'O3 et MOCAGE pour le CO). Les résultats ont montré de très bons accords etprouvent la qualité du spectromètre à moyenne résolution spectrale, de la station OASIS, pour mesurerles concentrations de l'O3 et du CO atmosphérique.Une partie de ce travail a également concerné la validation des performances des instruments spatiauxactuels de détection de l'ozone atmosphérique, grâce à la campagne de mesures (avril-mai 2009) quej'ai réalisée à Izaña (Ténérife). Cette station, située en région sub-tropicale, à 2370 m d'altitude et enmilieu non pollué, est intégrée dans le réseau NDACC, et possède un spectromètre à haute résolutionspectrale. Les concentrations d'ozone issues des inversions des spectres mesurés ont été comparéesaux données fournies par un instrument au sol (Brewer, situé sur le même site) et par plusieursinstruments satellitaires (IASI, OMI, GOME-2). Les résultats ont présenté d'excellents accords.Les diverses variabilités temporelles observées à Izaña et à Créteil (saisonnière, inter-journalière,diurne et événements extrêmes) ont été interprétées et les capacités respectives

Le SF6 (Hexafluorure de soufre) a été utilisé depuis longtemps comme un gaz d'isolation très adapté pour les appareillages électriques. Cependant, son impact sur le réchauffement climatique, estimé 24000 fois plus actif que le CO2 sur 100 ans, pose le problème de son remplacement à moyen terme. L'objectif de cette thèse est d'étudier deux solutions de remplacement du SF6 : les liquides biodégradables et les mélanges de gaz CF3I/N2. Les deux phénomènes physiques conduisant à un claquage : la génération d'une décharge et sa propagation, ont été étudiés séparément. L'influence des différents paramètres tels que la pression, distance, distribution de champ, teneur en particules ou humidité relative...a été également mise en évidence. La fonction d'isolation est en fin validée dans un maquette disjoncteur moyenne tension qui représente un cas d'application réelle.

L'étude des gaz rares dans les eaux porales est fondamentale à la compréhension des échanges des espèces chimiques entre le sédiment et la colonne d'eau. Les gaz rares, inertes chimiquement, peuvent être utilisés pour quantifier les flux des espèces chimiques entrantes/sortantes du sédiment ou les processus de consommation/production de ces espèces telles que le carbone et l'azote. Cela permet de mieux visualiser les cycles biogéochimiques de ces éléments dans l'océan et les sédiments océaniques ou estuariens. Ainsi, lors d'une mission océanographique sur l'Estuaire du Saint-Laurent à bord du N.S. Coriolis II, en mai 2007, nous avons procédé à l'échantillonnage d'eaux porales et de sédiments. Cette mission s'est faite en collaboration avec des équipes de l'Université McGill, l'Université Concordia, l'Université de Montréal et de l'Université du Québec à Montréal. Ce groupe comprenait plusieurs membres du GEOTOP. Une nouvelle méthode d'échantillonnage et d'extraction a été mise au point empruntant plusieurs caractéristiques aux systèmes déjà existants. Les échantillons ont été analysés au laboratoire Gaz Rares à Montréal (GRAM). Nous avons découvert, dans plusieurs échantillons, que les concentrations des gaz rares Ne, Ar, Kr et Xe étaient plus élevées que celles attendues par dissolution des gaz atmosphériques dans l'eau de mer. Ces enrichissements semblent être dû à l'adsorption des gaz sur de la matière organique et son relargage dans l'eau porale pendant la décompression de l'échantillon lors de sa remonté à bord du navire. La présence de ces excès a des conséquences importantes dans le calcul des flux de toutes les espèces chimiques entrantes/sortantes du sédiment et une sous-estimation des processus de consommation/production des ces espèces dans les sédiments. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gaz rares, Géochimie, Isotopes, Eau porale, Estuaire du Saint-Laurent, Sédiment.

Les réservoirs artificiels représentent environ 10% (en surface) de toutes les eaux continentales, cependant leur rôle dans les systèmes naturels demeure largement méconnu. Ceci est en partie dû au fait que ces systèmes sont difficilement classifiables; qu'ils soient temporaires ou permanents, naturels ou artificiels, ils peuvent ressembler aussi bien à des rivières qu'à des lacs et possèdent des gradients biophysicochimiques variés. Néanmoins, dans le contexte des changements climatiques, les études se multiplient afin d'élucider leur rôle possiblement important dans le transport et la transformation du carbone ainsi que dans les échanges avec le milieu terrestre et l'atmosphère. Ici nous présentons l'étude d'un jeune réservoir boréal au nord du Québec (Eastmain-l), en examinant deux aspects importants de ces processus biogéochimiques. La première unité est une évaluation des contributions relatives du benthos et de la colonne d'eau comme sources de dioxide de carbone (C02) dans le réservoir comparées à celles de 13 lacs boréaux naturels. Cette partie de l'étude conclue que la contribution du benthos est relativement constante entre les deux types de systèmes (23% dans les lacs, 26% dans le réservoir Eastmain-l) et que c'est la colonne d'eau qui est la source majeure de production de CO2 dans le réservoir Eastmain-I ainsi que dans lacs naturels. La deuxième partie de cette étude examine l'hétérogénéité du paysage inondé par Eastmain-l, et montre un lien direct entre le stockage de carbone d'un paysage avant inondation et la production de CO2 observés dans la colonne d'eau et provenant du benthos, ainsi que les fluX de CO2 vers l'atmosphère. Nous espérons que ces données pourront être utilisées pour mieux prédire les émissions de CO2 vers l'atmosphère suivant l'inondation d'un réservoir. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cyclage du carbone, changements climatiques, reservoirs hydroéléctriques, boréale, flux de CO2, métabolisme des lacs