Les capteurs de gaz à base d'oxydes métalliques connaissent un engouement croissant pour des applications industrielles, militaires et environnementales. Néanmoins, ces capteurs se montrent peu sélectifs et nécessitent des températures de travail élevées pour obtenir une bonne sensibilité. La nanostructuration des matériaux permet d'augmenter la surface de réaction entre le gaz et le matériau hôte, améliorant ainsi la performance du capteur. ZnO est un semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) possédant de nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, et aussi un matériau très prometteur pour les capteurs de gaz de type oxyde métallique. L'Elaboration de nanostructures de ZnO a conduit à un grand nombre d'études pour divers domaines d'applications. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif la synthèse des réseaux de nanofils de ZnO par voie hydrothermale et l'étude de leurs propriétés de détection. La première partie de ce travail porte sur l'étude systématique des différents paramètres influençant la synthèse des nanofils de ZnO. Les résultats montrent que la température de croissance, le pH de la solution et le temps de croissance influent sur la morphologie des nanofils de ZnO. Des nanofils avec un facteur d'aspect proche de 30 ont été obtenus sous conditions d'élaboration optimisées. La seconde partie de ce travail consiste en l'étude des propriétés de détection de nanofils de ZnO, par des méthodes électrique et optique. Les mesures électriques montrent une variation de résistance des nanofils, tandis que l'absorption UV révèle un déplacement du bandgap en présence du gaz. Une diminution de la résistance et un blue-shift de bandgap ont été observés lors de la présence d'un gaz réducteur tel que l'éthanol / Metal oxides based gas sensors are widely used in industrial, military and environmental applications. But the main fault of these sensors remains on their lack of selectivity and requiring high working temperature to obtain a good sensitivity. Nanostructuration of the materials presents an efficient way to enhance the reaction surface between gas and the host material, thus improving the sensor performance. ZnO is an n-type semiconductor with large bandgap energy of 3.37 eV at room temperature owning many interesting physical and chemical properties, and is also very sensitive for reducing gases. In recent years, many studies develop and improve the ZnO related nanostructures for various applications. The goal of this thesis consists in the synthesis of the ZnO nanowire arrays via hydrothermal method and the study of their sensing properties. The first part of this work shows a systematic study of the various influencing parameters during the ZnO nanowire synthesis. The results show that the growth temperature, the solution pH value and the growth time influence the nanowire morphology. Nanowires with an aspect ratio about 30 have been obtained under optimized growth conditions. The second part of this work consists of the study of the ZnO nanowire sensing properties, using both electrical and optical methods. The electrical measurements show a resistivity variation of the nanowires, while the UV absorption spectra reveal a bandgap shift under injected gas. A resistivity reduction and a blue-shift of a bandgap of the ZnO nanowires were observed under injected reducing gas such as ethanol

Ce sujet de thèse porte sur l’élaboration et l’étude de l’effet de la substitution du fer par le cobalt sur les propriétés physiques (structurales, morphologiques et magnétiques) et particulièrement la détection des deux gaz réducteurs NH3 et CO des composés La0,8Ca0,1Pb0,1Fe1-xCoxO3 (x = 0,00 ; 0,05 ; 0,10 ; 0,15 et 0,20). La diminution du volume a été, par la suite, confirmée par l’approximation SGGA+U en utilisant la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). De même l’étude morphologique a révélé des micrographies poreuses présentant des particules agrégées et agglomérées de taille nanométrique et de forme irrégulière. Les analyses structurales et morphologiques nous ont permis de prédire que le composé avec x = 0,05 peut être considéré comme un bon candidat pour l’application dans le domaine de la détection des gaz. Les résultats des mesures électriques ont montré que la résistance diminue pour des taux de Co inférieurs à 0,10 puis augmente avec des taux supérieurs. De même les réponses électriques sous gaz ont montré que nos composés sont capables de détecter des gaz, avec une variation de la résistance électrique aisément mesurable suite à l’exposition sous différentes concentrations des deux gaz (NH3 et CO) et de déduire que le composé La0,8Ca0,1Pb0,1Fe0,95Co0,05O3 (x = 0,05) présente la meilleure réponse envers les deux gaz testés / This thesis deals with the elaboration and study of the effect of iron substitution by cobalt on the physical properties (structural, morphological and magnetic) and particularly the detection of the two reducing gases NH3 and CO of the compounds La0.8Ca0.1Pb0.1Fe1-xCoxO3 (x = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15 and 0.20). The decrease of valume was subsequently confirmed by the SGGA + U approximation using the Density Functional Theory (DFT). Similarly, the morphological study reveals porous micrographs presenting aggregated and agglomerated particles of nanometric size and irregular shape. Structural and morphological analyzes predicted that the compound with x = 0.05 could be considered as a good candidate for application in the field of gas detection. The results of the electrical measurements have shown that the resistance decreases for Co rate below 0.10 and then increases with higher rate. Similarly, electrical responses under gas have shown that our compounds are able to detect gases, with a variation of the electrical resistance easily measurable following exposure under different concentrations of both gases (NH3 and CO) and to deduce that the compound La0.8Ca0.1Pb0.1Fe0.95Co0.05O3 (x = 0.05) presents the best response towards the two tested gases

Cette thèse a pour objectif le développement d’un système multi-capteurs de gaz permettant une évaluation en continu et en temps réel des différentes types de pollution atmosphérique en zone urbain, en classifiant notamment les pollutions de type urbaine, photochimique, ou encore liée au trafic. Le projet se base sur l’utilisation de différents capteurs de gaz de type semi-conducteur disponibles dans le commerce qui sont intégrés dans un dispositif autonome et portable, afin qu’il puisse fonctionner sur site.Dans un premier temps, et en grande partie à Saint-Etienne, différents types de capteurs sont sélectionnés puis leurs performances sont testées sur un banc simulant les atmosphères polluées et développé pour l’occasion. Afin de pallier aux problèmes de non répétabilité et de dérive de la ligne de base et de la sensibilité, des procédures de prétraitement de standardisation sont mises au point.Dans un deuxième temps, et en grande partie à Douai, différents sites de tests sont identifiés et leurs historiques de pollution sont étudiés. Plusieurs campagnes en stations de mesure d’une semaine, recouvrant les différentes saisons et les différents types de sites, sont alors menées. Il y est collecté conjointement les signaux des capteurs et des analyseurs de gaz réglementés. Des méthodes basées sur les réseaux de neurones sont alors appliquées afin d’obtenir conjointement, à partir des signaux des capteurs, une classification parmi 3 types de pollutions (urbaine, trafic et photochimique) ainsi qu’un indicateur global de qualité de l’air. Ces méthodes utilisent une approche basée sur la logique floue afin d’éviter les problèmes d’effet de bord. / No english abstract

Les progrès récents dans les nanomatériaux présentent un fort potentiel pour la réalisation de capteurs de gaz avec de nombreux avantages tels que : la grande sensibilité de détection de molécule unique, le faible coût et la faible consommation d'énergie. Le graphène, isolé en 2004, est l'un des meilleurs candidats prometteurs pour le développement de futurs nanocapteurs en raison de sa structure à deux dimensions, sa conductivité élevée et sa grande surface spécifique. Chaque atome de la monocouche de graphène peut être considéré comme un atome de surface, capable d'interagir même avec une seule molécule de l'espèce gazeuse ou de vapeur cible, ce qui conduit finalement à un capteur ultrasensible.Dans cette thèse, des composants à base de graphène ont été fabriqués et caractérisés. Les films de graphène ont été synthétisés par dépôt chimique à phase vapeur (CVD) sur des substrats de verre. La spectroscopie Raman a été utilisée pour analyser la qualité et le nombre de couches de graphène. La microscope à force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (MEB) ont été également réalisées pour analyser la qualité du graphène. Après la caractérisation de couches de graphène, des dispositifs résistifs à base de graphène ont été fabriquées : quatre électrodes identiques ont été évaporées thermiquement et directement sur le film de graphène comme des électrodes métalliques. La caractérisation électrique a été réalisée à l'aide de Keithley-4200.La réponse de dispositif Intrinsèque a été étudiée sous différents conditions (pression, humidité, exposition à la lumière). Le dispositif a été fonctionnalisé de manière non covalente avec le complexe organométallique (Ru (II) trisbipyridine) et son effet sous exposition à la lumière a été étudié. La réponse de dispositif était reproductible même après de nombreux cycles en présence et en absence de la lumière. Les approches théoriques et expérimentales ainsi que les résultats obtenus au cours de cette thèse ouvrent un moyen de comprendre et de fabriquer des futurs dispositifs de détection de gaz à base du graphène fonctionnalisé de manière non covalente / Recent advances in nanomaterials provided a strong potential to create a gas sensor with many advantages such as high sensitivity of single molecule detection, low cost, and low power consumption. Graphene, isolated in 2004, is one of the best promising candidate for the future development of nanosensors applications because of its atom-thick, two-dimensional structures, high conductivity, and large specific surface areas. Every atom of a monolayer graphene can be considered as a surface atom, capable of interacting even with a single molecule of the target gas or vapor species, which eventually results in the ultrasensitive sensor response.In this thesis work, graphene films were synthesized by Chemical Vapor Deposition (CVD) on the glass substrate. Raman spectroscopy was used to analyze the quality and number of layers of graphene. Atomic Force Microscope (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were also performed to analyze the quality of graphene. After the characterization of graphene films, graphene based resistive devices (four identical electrodes are thermally evaporated directly onto the graphene film as metal electrodes) were fabricated. The electrical characterization has been carried out using Keithley-4200.Intrinsic device response was studied with different external condition changes (pressure, humidity, light illumination). The device was non-covalently functionalized with organometallic complex (Ru(II) trisbipyridine) and the its light exposure response was studied. The observed device response was reproducible and similar after many cycles of on and off operations. The theoretical and experimental approaches and the results obtained during the thesis are opening up a way to understand and fabricate future gas sensing devices based on the non-covalentely functionalized graphene.

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2023) / La thèse suivante examine la conversion du CO₂ à partir d'énergie solaire en utilisant des photocatalyseurs, qui est considérée comme l'un des techniques les plus intéressantes pour résoudre les problématiques du réchauffement climatique et de la crise énergétique. Il convient de souligner que cette thèse propose trois nouveaux composites hybrides nanostructurés pour la réduction photocatalytique du CO₂. La récolte de la lumière, la séparation des charges et les réactions de surface sont des aspects critiques qui ont un impact énorme sur la photoréduction du CO₂. Les cadres organiques covalents (COF) sont des candidats appropriés pour ces processus car ils offrent des caractéristiques et des propriétés structurelles exceptionnelles. De nombreux photocatalyseurs nanostructurés sont activement développés pour la photoréduction du CO₂. Les nanostructures multidimensionnelles et les hétérostructures sont largement étudiées en raison de leurs excellents attributs tels que la séparation efficace et la longue durée de vie des porteurs de charges. De manière prometteuse, les nanostructures et les nanocomposites des cadres organiques covalentes avec le graphène et ses dérivés, les dichalcogénures métalliques et les matériaux plasmoniques présentent d'excellentes performances photocatalytiques, selon des études de la littérature. D'abord, un cadre organique covalente, à base de céto-énamine TpPa-1 et de nanofeuillets d'oxyde de graphène réduit (rGO en anglais), a été développé par la technique d'assemblage in situ pour la photoréduction du CO₂ sous la lumière du soleil. Les interactions covalentes entre TpPa-1 et le rGO ont facilité la formation des bandes avec le potentiel requis, ainsi qu'une séparation de charge améliorée et une migration rapide des porteurs de charges vers la surface pour la réduction sélective du CO₂. Le médiateur électronique [Co(bpy)₃]²⁺ a servi pour apporter sites actifs pour la coordination, l'activation et la réduction des molécules de CO₂ en CO. De plus, un cadre organique covalente (COF) nanosphérique creux à base de TpPa-1, intégrée à un atome unique de Co-1T-MOS₂ (TpPa-1/Co-1T-MOS₂), a été conçu et développé via une stratégie à double ligand pour ajuster le potentiel des bandes et améliorer la séparation des charges afin d'optimiser l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Les interactions entre TpPa-1 et Co-1T-MoS₂ ont facilité et amélioré la séparation des charges ainsi que la migration des porteurs de charge vers la surface, ce qui a entraîné une conversion sélective du CO₂ en CO. Finalement, les nanoparticules plasmoniques Au adhérés à une structure organique covalente tridimensionnelle, à base de porphyrine creuse (COF-366-Co) et avec un atome unique de Co (COF-366-Co[indice (H)]/Au), augmentent considérablement l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Le nanocomposite conçu utilise le transfert d'électrons énergétiques induit par le plasmon, une meilleure collecte de lumière et des réactions de surface facilitées pour conduire les réactions redox photocatalytiques. Le nanocomposite développé (COF-366-Co[indice (H)]/Au) a montré une activité prometteuse vis-à-vis de la réduction photocatalytique du CO₂ sous irradiation à la lumière visible, qui a produit CO à un taux allant jusqu'à ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ et avec une sélectivité de 98 % sur H₂. / The ensuing thesis examines the conversion of carbon dioxide (CO₂) to value-added chemical and fuels under solar light irradiation by employing some of the emerging photocatalytic materials known as covalent organic frameworks (COFs). This approach of photocatalytic process is considered to be one of the most viable remedies to global warming and energy crisis dilemmas. Importantly, this thesis delivers three novel nanostructured hybrid composites based on COFs for photocatalytic CO₂ reduction to value-added chemicals and fuels. Light-harvesting, charge separation, and surface reactions are critical aspects that have an enormous impact on CO₂ photoreduction. Covalent organic frameworks can be suitable candidates for these processes as they offer outstanding structural features and properties. Diverse nanostructured photocatalysts are actively being developed for CO₂ photoreduction. Multidimensional nanostructures and nanocomposite heterostructures are widely studied because of their excellent attributes such as efficient separation and long lifetime of the excited charge carriers. Promisingly, nanostructures and nanocomposites of the covalent organic frameworks with graphene and its derivatives, metal dichalcogenides and plasmonic materials exhibit excellent photocatalytic performance, according to the literature reports. In this investigation, a keto-enamine TpPa-1 covalent organic framework and reduced graphene oxide nanosheet nanocomposite are developed by an in-situ assembling technique. The covalent interactions between TpPa-1 and rGO facilitated the formation of band edges with required potential and thereby to achieve an improved charge separation along with rapid migration of charge carriers to the surface toward the selective reduction of CO₂. By the support of the electron mediator [Co(bpy)₃]²⁺ in the hybrid served as the active sites for the coordination, activation, and reduction of CO₂ molecules to CO. A hollow nano spherical TpPa-1 covalent organic framework (COF) integrated with single atom Co-1T-MoS₂ (TpPa-1/Co-1T-MoS₂) is further designed and developed through a dual-ligand strategy to tune the band edge potential and enhance the charge separation to improve CO₂ photoreduction efficiency of the system. The interactions between TpPa-1 and Co-1T-MoS₂ aided and enhanced the charge separation as well as charge carrier migration to the surface resulted in selective conversion CO₂ to CO. Au plasmonic nanoparticles adorned three-dimensional hollow porphyrin-based covalent organic framework with Co single atom (COF-366-Co[subscript (H)]/Au) is developed via dual-ligand strategy and post-synthetic metallization method and found that this system significantly boosted up the CO₂ photoreduction efficiency. It utilizes the plasmon-induced energetic electron transfer, enhanced light harvesting, and surface reactions to drive the photocatalytic redox reactions. The developed COF-366-Co[subscript (H)]/Au exhibited fine activity toward photocatalytic CO₂ reduction under visible light irradiation, which yielded the CO at a rate up to ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ with a selectivity of 98% over H₂.

L'urgence de réduire la pollution des gaz de combustion dans le transport maritime nécessite des approches innovantes pour atténuer les impacts environnementaux. Cette thèse de doctorat examine le développement et l'optimisation des lits fluidisés bouillonnants adaptés au contexte marin et des épurateurs de gaz pour réduire les émissions de gaz d'échappement des navires, y compris le CO$\mathsf{_2}$, les NO$\mathsf{_x}$ et les SO$\mathsf{_x}$. Nous explorons la conception, les tests et l'amélioration des systèmes de nettoyage des gaz d'échappement pour se conformer aux réglementations de l'OMI. Le chapitre 1 passe en revue les différents types de laveurs de gaz pour les opérations maritimes, en évaluant les risques d'émissions secondaires et les efforts pour réduire le CO$\mathsf{_2}$ grâce à la capture du carbone à bord et aux carburants alternatifs. Le chapitre 2 aborde les défis posés par les vagues de mer sur les lits fluidisés flottants, en utilisant un lit monté sur hexapode pour simuler les conditions marines, analysées par analyse d'image numérique (DIA) et vélocimétrie par image de particules (PIV). Le chapitre 3 examine l'hydrodynamique et le mélange des solides dans les lits fluidisés bouillonnants marins sous différents schémas de distribution de gaz et orientations de lit, en comparant les configurations verticales conventionnelles avec des configurations inclinées et sous l'action du roulis. Le chapitre 4 introduit des éléments internes mobiles dans les lits fluidisés bouillonnants pour traiter la maldistribution des gaz et la formation de bouchons ou 'slugs', en testant divers types de garnissage, y compris les anneaux Super Raschig, pour leur efficacité dans des conditions marines. Le chapitre 5 aborde la maldistribution induite par le roulis en testant des stratégies géométriques internes de lit, telles que les motifs rhombiques et en arête de poisson, et les ensembles de déflecteurs verticaux, pour leur impact sur la stabilité de la fluidisation. Nos résultats fournissent des informations significatives sur la conception et l'exploitation des réacteurs à lit fluidisé dans des environnements marins dynamiques, contribuant à l'avancement des opérations maritimes durables et efficaces. / The urgency of reducing flue gas pollution in maritime transport necessitates innovative approaches to mitigate environmental impacts. This dissertation investigates the development and optimization of marinized bubbling fluidized beds and gas scrubbers as potential solution for reducing ship exhaust emissions, including carbon dioxide (CO$\mathsf{_2}$), nitrogen oxides (NO$\mathsf{_x}$), and sulfur oxides (SO$\mathsf{_x}$). We explored the design, testing, and enhancement of exhaust gas cleaning systems, focusing on retrofitting existing vessels to comply with International Maritime Organization (IMO) regulations. Chapter 1 reviews various types of scrubbers for seaborne operations, assessing secondary emission risks and efforts to reduce CO$\mathsf{_2}$ through on-board carbon capture and alternative fuels. Chapter 2 addresses the challenges posed by sea waves on floating fluidized beds, using a hexapod-mounted bed to simulate marine conditions, analyzed through Digital Image Analysis (DIA) and Particle Image Velocimetry (PIV). Chapter 3 examines the hydrodynamics and solids mixing in marinized bubbling fluidized beds under different gas distribution patterns and bed orientations, comparing conventional vertical setups with inclined and rolling configurations. Chapter 4 introduces mobile internal elements into bubbling fluidized beds to address gas maldistribution and slug formation, testing various packing types, including Super Raschig rings, for their effectiveness under marine conditions. Chapter 5 tackles roll-induced maldistribution by testing geometric strategies of bed internals, such as rhombic and herringbone patterns, and vertical baffle arrays, for their impact on fluidization stability. Our findings provide significant insights into the design and operation of fluidized bed reactors in dynamic marine environments, contributing to the advancement of sustainable and efficient maritime operations.

La surveillance respiratoire est importante pour le diagnostic et le suivi de maladies telles que l'apnée du sommeil, l'asthme et les maladies pulmonaires obstructives chroniques (MPOC). Un suivi précis des schémas respiratoires est essentiel pour prédire les crises graves, tels que les arrêts respiratoires et cardiaques, en particulier dans les milieux de soins intensifs. Malgré leur importance, les méthodes actuelles de suivi respiratoire présentent des déficiences, telles que leur poids élevé, leur inconfort et leur manque de fiabilité, ce qui entraîne une diminution de la qualité des soins aux patients et une augmentation de la charge de travail des services de santé. Pour remédier à ces limitations, cette thèse explore le potentiel de l'utilisation de capteurs à base d'antenne pour une surveillance non invasive, continue, portative et précise des signes vitaux. En effet, cette thèse présente la biodétection à base d'une antenne unique ("Single Antenna Bio-Sensing", SABioS), qui est une nouvelle approche non invasive de la mesure de l'activité respiratoire et cardiaque. Cette technologie est combinée à un nouveau capteur antenne portatif de forme sinusoïdale fabriqué à partir de matériaux flexibles, dont la sensibilité est validée à l'aide d'un système de suivi optique précis. Grâce à cette combinaison, SABioS peut acquérir les signes vitaux en détectant avec précision les changements dans la composition diélectrique du corps et les expansions thoraciques pendant la respiration. Le système fonctionne de manière indépendante, continue, et mobile, tout en détectant l'activité cardiaque avec le même capteur. Le principe de fonctionnement de cette technologie a été exhaustivement analysé, et des validations expérimentales impliquant plusieurs volontaires aux caractéristiques physiologiques variées ont démontré une forte concordance avec les dispositifs de qualité médicale, confirmant son efficacité pour le suivi à court et à long terme. Le système a été miniaturisé et implémenté dans un circuit imprimé à faible coût comme preuve de concept, avec une acquisition de données en temps réel et un traitement de signal permettant l'extraction des formes d'ondes de l'activité respiratoire et cardiaque avec un faible délai. Les résultats expérimentaux ont confirmé une forte concordance avec les appareils de qualité médicale, validant ainsi la précision ciblée. La fiabilité de l'appareil pour un suivi à long terme a été évaluée avec des périodes de test prolongées. Une validation supplémentaire est en cours de réalisation à l'unité de soins intensifs (USI) du département de pédiatrie du CHU de Québec - Université Laval, avec l'approbation du comité d'éthique. Ce travail se termine par des efforts en vue de l'intégration, y compris le développement d'un circuit miniaturisé tout compris pour un véritable fonctionnement mobile et continu, un boîtier sur mesure conçu pour une utilisation intuitive, le traitement des signaux en temps réel au niveau du firmware, et la transmission sécurisée des données via Bluetooth Low Energy. Un logiciel pour ordinateur a également été développé pour les connexions avec les téléphones intelligents ou des ordinateurs, permettant la synchronisation sans fil des données, le traitement des signaux en temps réel et l'affichage des formes d'ondes respiratoires et cardiaques avec un délai réduit. / Respiratory monitoring is crucial for diagnosing and managing diseases such as sleep apnea, asthma, and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Accurate monitoring of respiratory patterns is essential for predicting severe events like respiratory and cardiac arrests, especially in critical care settings. Despite their importance, current respiratory monitoring methods have shortcomings, such as being cumbersome, uncomfortable, and unreliable, leading to decreased patient care quality and increased healthcare burdens. To address these limitations, this thesis explores the potential of using antenna sensors for non-invasive, continuous, mobile, and accurate vital signs monitoring. This thesis introduces Single Antenna Bio-Sensing (SABioS), a novel non-invasive approach for measuring respiratory and cardiac activity. This technology is combined with a novel wearable sinusoidal-shaped antenna sensor made of flexible materials, whose sensitivity is validated through a precise optical tracking system. With this combination, SABioS can detect vital signs by accurately detecting changes in the body's dielectric composition and chest expansions during respiration. The system operates independently and continuously in a mobile manner and is capable of detecting cardiac activity with the same single sensor. The operation theory of this technology has been thoroughly analyzed, and experimental validations involving multiple volunteers with varying anthropomorphic characteristics have demonstrated strong agreement with medical-grade devices, confirming its effectiveness for both shortand long-term monitoring. The system has been further miniaturized into a low-cost PCB as a proof of concept, with real-time data acquisition and signal processing enabling the extraction of respiratory and cardiac activity waveforms with minimal delay. Experiments confirmed a strong agreement between this implementation and medical-grade devices, validating its accuracy. The device's reliability for long-term monitoring was evaluated through extended testing periods. Further validation is currently being conducted in the Intensive Care Unit (ICU) of the Pediatrics department at the CHU de Québec - Université Laval hospital, with Ethics Review Board approval. This work concludes with efforts toward integration of SABioS, including the development of a miniaturized all-inclusive circuit for true mobile and continuous operation, a custom-designed casing for intuitive use, real-time signal processing at the firmware level, and secure data transmission via Bluetooth Low Energy. A companion software has also been developed for smartphone or PC connections, enabling wireless data synchronization, real- time signal processing, and display of respiratory and cardiac waveforms with minimal delay.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'un des principaux procédés de soudage de l'aluminum est le soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW). Le soudage MIG (Metal Inert Gas) est un procédé de soudage à l'arc sous gaz et métal (GMAW) qui utilise une électrode à fil solide continu. Ce procédé est une technique polyvalente adaptée aux composants en tôle mince et à section épaisse. Le soudage MIG est un processus qui joint les métaux en chauffant les métaux de base et d'électrode à leurs points de fusion avec un arc électrique. L'arc se situe entre un fil d'électrode consommable continu et le métal à souder. La présente thèse est une tentative pour faciliter la mise en œuvre de GMAW sur des matériaux de forte épaisseur. GMAW implique de nombreux paramètres de processus, tels que le courant d'arc, l'épaisseur de la pièce et la géométrie de soudage, le fil-électrode, le diameter de l'électrode de l'électrode, la vitesse d'alimentation, le type de gaz de protection, la vitesse de déplacement, l'angle du pistolet, la distance entre la soudure et la buse, ainsi que les alliages sélectionnés pour le fil-électrode. Les principaux résultats sont une pénétration complète (pénétration à la racine la racine et sur les côtés), respectant la résistance à la traction ultime (UTS) et ayant une distorsion minimale. L'équipement qui a été proposé pour le soudage MIG est la soudeuse Miller Auto-axcess 450 implantée sur un robot Fanuc R-2000iA. La méthode de Taguchi a été utilisée pour la conception d'expériences et des modèles de réseaux de neurones artificiels ont été entraînés pour l'analyse des résultats d'expériences et l'optimisation. Les logiciels NX Nastran et Simufact sont des solveurs par éléments finis (FE) qui ont été utilisés. Dans cette recherche, les paramètres de soudage ont été optimisés pour une pénétration complète, une résistance maximale à la limite ultime (UTS) respectant les normes et une distorsion minimale pour différentes épaisseurs de matériaux (6,35 mm, 9,525 mm, 12,7 mm, 19,05 mm et 25,4 mm). Les échantillons soudés étaient faits AA6061- T6 préparés avec gorge en V de 60 degrés pour un assemblage abouté. Les paramètres ont aussi été trouvés pour les soudures allant jusqu'à 25.4 mm de profondeur et utilisant les modes multi-passes. En conséquence, une optimisation des paramètres basée sur des échantillons expérimentaux et des modèles ANN a été trouvée pour le soudage à l'arc sous gaz avec le mode Accu-Pulse de AA6061-T6 pour quatre épaisseurs de soudage différentes, telles que 6.35, 12,7, 19,05 et 25,4 mm d'angle de biseau avec 60 degrés et différents écarts à la racine et le nombre de passes à la racine. Pour que le matériau le plus épais, 25,4 mm, ait moins de distorsion (25,4 mm d'épaisseur), la séquence de la soudure a été définie et une bonne pénétration a été obtenue. / One of the main processes for welding aluminum is gas metal arc welding (GMAW). Metal Inert Gas (MIG) welding is a gas metal arc welding (GMAW) process that uses a continuous solid wire electrode, and this process is a versatile technique suitable for both thin sheet and thick section components. MIG welding is a process that joins metals by heating the base and electrode metals to their melting points with an electric arc. The arc is formed between a continuous, consumable electrode wire and the metal being welded. The current thesis is an attempt to make GMAW implementation on thick material easier. GMAW involves many process parameters, such as arc current, work piece thickness and welding geometry, wire electrode, electrode thickness, feed rate, type of shielding gas, travel speed, gun angle, distance between the weld and nozzle. The main requirements of the joint are full penetration (root and side penetration), respecting Ultimate Tensile Strength (UTS), and having minimum distortion. The equipment that has been proposed for MIG welding is Miller AutoAxcess450 welding machine implemented on a Fanuc R-2000A robot. The Taguchi method was utilized to design the trials, and artificial neural network models were trained for the analysis and optimization of the outcomes. NX Nastran and Simufact software are finite element (FE) solvers that have been used to do simulation and compare the results with experiments. In this research, it has been shown that the optimized welding parameters have full penetration, maximum UTS, and minimum distortion for different thickness materials (6.35 mm, 9.525 mm, 12.7 mm, 19.05 mm, and 25.4 mm) of aluminum 6061 samples in V-groove butt joint configuration, with 60 degree for the first pass. The welding parameters for multi-passes of thick material up to 25.4 mm have also been found. Gas Metal Arc Welding with the Accu-Pulse mode has been found to be best for welding aluminum 6061 with bevel angles of 6.35, 12.7, 19.05, and 25.4 mm, as well as root gaps and root passes of different lengths and widths. For the thickest material, 25.4 mm, to have less distortion the sequence of the weld has been defined and well-penetrated has been achieved.

L'objectif principal de ce travail était d'étudier la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol. Trois sous-objectifs ont été complétés: 1) le développement d'une méthodologie pour la mesure de la concentration des gaz dans le sol, 2) l'étude de la variabilité spatiale de la diffusion des gaz dans le sol à l' échelle de monolithes et, 3) l'étude de la variabilité spatiales des émissions de CO₂ à différentes échelles en lien avec plusieurs paramètres physico-chimiques du sol. Pour répondre au premier sous-objectif, plusieurs aspects méthodologiques ont donc été développés. 1) Une méthode d'analyse des gaz (C0₂, N₂0, CH₄ et O₂) a été mise au point sur un appareil portable de chromatographie en phase gazeuse. 2) Des tests de cinétiques 'et d' isothermes de sorption ont été réalisés afin de sélectionner le bouchon de fioles d' échantillonnage le plus adéquat pour l' entreposage des échantillons de gaz. 3) Des courbes de calibration ont été développées pour relier la teneur en eau volumique à la constante diélectrique d'un sol organique à l'aide de la réflectométrie temporelle. La teneur en eau étant nécessaire pour le calcul de la teneur en air du sol, important pour le mouvement de gaz. Les résultats associés au deuxième sous-objectif ont montré que 1) la variabilité des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Ds/Do) était très élevée avec des coefficients de variation atteignant jusqu'à 125 % dans un sable loameux et 56 % dans un sol organique; 2) la méthode de calcul de Ds/Do, la position des sondes à gaz et les processus d'échantillonnage de gaz dans le profil de sol ont influencé la variabilité apparente de Ds/Do; et 3) "la porosité du sol ainsi que sa teneur en air ont influencé la variabilité de Ds/Do. Ces paramètres à eux seuls n' ont pas permis d'expliquer l'ensemble des variations observées. D'autres facteurs tel que la macroporosité du sol (fissures, galeries de vers de terre) doivent être pris en compte. Les résultats associés au troisième sous-objectif, complété avec l'analyse de la variabilité spatiale multi-échelles multi-variée réalisée à partir de la méthode CRAD, ont montré 1) l'importance d'analyser les relations entre les émissions de CO₂ et les paramètres physico-chimiques à différentes échelles (non-spatiale et spatiales à grande et petite échelles), 2) les corrélations spatiales sont plus fortes lorsque la variable est analysée aux différentes échelles que lorsqu'elle est analysée avec sa distribution totale, 3) les paramètres physico-chimiques du sol les mieux corrélés aux émissions de CO₂ aux différentes échelles sont ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol soit, les concentrations en O₂ et CO₂, Ds/Do et, la teneur en air du sol, 4) les paramètres physicochimiques du sol mesurés en profondeur (0.30 m) semblent présenter des corrélations plus fortes que les paramètres du sol mesurés en surface (0.15 m) et 5) seule une portion de la variation des flux de CO₂ semble explicable par la variation des paramètres physico-chimiques du sol aux différentes échelles et . donc, d'autres paramètres nonmesurés comme la macroporosité auraient des impacts importants sur la variabilité des émissions. L'ensemble des résultats de cette étude montre que la variabilité spatiale des paramètres physico-chimiques des sols, notamment ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol, influence la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol et des émissions vers l'atmosphère. Cependant, les relations sont complexes et dépendantes de l'échelle d'analyse.

De nos jours, le développement de nouveaux matériaux capables de récolter la lumière solaire de manière efficace pour des applications photocatalytiques est un véritable défi pour la science. Par conséquent, les matériaux réticulaires qui agissent comme des blocs de construction, constitués de joints entre des lieurs organiques et des métaux, avec des propriétés plus adaptées à la photocatalyse, sont devenus encore plus attractifs. Cependant, conférer une fonctionnalité à ces matériaux avec un minimum de défauts cristallins, qui conduisent à une recombinaison de charge électron-trou, et une absorption maximale de la lumière reste un problème. Pour cette raison, différentes stratégies, comme le dopage, l'utilisation de cocatalyseur entre autres, ont été rapportées comme alternatives pour minimiser les problèmes mentionnés ci-dessus et par conséquent les désintégrations photocatalytiques. Néanmoins, les nanostructures de métaux nobles ont récemment montré des propriétés exceptionnelles d'absorption de la lumière, dans lesquelles des pairs électron-trous peuvent être générés et utilisés comme « porteurs de charges », qui améliorent l'activité photocatalytique sur les matériaux pour différentes applications. Les propriétés caractéristiques de ces nanostructures sont associées à l'effet des phénomènes de résonance plasmonique de surface localisée (LSPR en anglais). Les stratégies de préparation de matériaux plasmoniques pour les systèmes photocatalytiques sont très importantes pour améliorer les performances des réactions et les processus photocatalytiques souhaités. Des aspects critiques tels que la morphologie, la taille, les précurseurs chimiques entre autres doivent être pris en compte. Par exemple, l'utilisation du même métal avec une forme différente pourrait affecter ses performances photocatalytiques et déterminer son application. Ce document offre des preuves scientifiques intéressantes, dans le domaine de la photocatalyse, que les techniques d'ingénierie mentionnées ci-dessus sont cruciales pour le développement de matériaux à base de plasmons adaptés à la conversion du CO₂. Parmi ces preuves, des nanosphères d'or décorées à la surface d'un cadre d'imidazolate zéolitique (ZIF-67) ont montré un taux de génération de méthanol maximal de 1.6 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ avec un rendement quantique apparent (AQY en anglais) de 6.4 %. Alors que les nanoparticules d'or en forme de nanotige ont doublé ce taux avec un AQY de 7.4 %. De plus, les nanoparticules d'or liées chimiquement avec des agents tensioactifs fonctionnels ont montré une amélioration significative des performances avec des taux de génération de 2.5 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ en utilisant des charges métalliques inférieures et un AQY de 3.7 %. Alors qu'il existe un nombre croissant de rapports sûr de nouveaux matériaux réticulaires nanocomposites pour les processus photochimiques; les rapports de matériaux plasmoniques sur la chimie réticulaire sont encore rares. Par conséquent, ce rapport fournit un aperçu approfondi des différents concepts liés aux matériaux plasmoniques et à leurs applications sur les matériaux réticulaires afin d'identifier leurs opportunités et leurs défis sur la photocatalyse pour de futures considérations industrielles. / Nowadays the development of novel materials that can harvest solar light in an efficient way for photocatalytic applications is a real challenge for science. Therefore, reticular materials that act as building blocks, consisting of joints between organic linkers and metals, with properties more suitable for photocatalysis, have become even more attractive. However, imparting functionality to these materials with minimum crystalline defects, that lead to electron-hole charge recombination, and maximum light absorption is still an issue. For that reason, different strategies like doping, and usage of co-catalyst among others have been reported as alternatives to minimize the above-mentioned problems and consequently photocatalytic decays. Nevertheless, noble metal nanostructures have recently shown exceptional light absorption properties, in which electron-hole pairs can be generated and used as "charge-carriers", that enhance photocatalytic activity on materials for different applications. The characteristic properties of these nanostructures are associated with the effect of localized surface plasmonic resonance phenomena (LSPR). The strategies for the preparation of plasmonic materials for photocatalytic systems are highly crucial to achieve improvement in the performance of desired photocatalytic reactions and processes. Critical aspects such as morphology, size, and chemical precursors among others must be considered. For example, the use of the same metal with a different shape could affect its photocatalytic performance and determine its application. This document offers interesting scientific evidence, on the field of photocatalysis, that above-mentioned engineering techniques are crucial for the development of plasmon-based materials suitable for CO₂ conversion. Among this evidence, gold nanospheres decorated on the surface of zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) showed a maximum methanol generation rate of 1.6 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ with an apparent quantum yield (AQY) of 6.4%. While nanorod shape gold nanoparticles doubled this rate with an AQY of 7.4%. Furthermore, chemically bonded gold nanoparticles with functional surfactant agents showed a significant improve on the performance with generation rates of 2.5 mmol gcₐₜ⁻¹ h⁻¹ using lower metal loadings and AQY of 3.7%. While there is a growing number of reports of novel nanocomposite reticular materials for photochemical processes; reports of plasmonic materials on reticular chemistry are still scarce. Therefore, this report provides a brief overview and profound insight into different concepts related to plasmonic materials and their applications on reticular materials to identify their opportunities and challenges in photocatalysis for future industrial considerations.