Ce travail porte sur l'étude de la morphologie et de la longueur finale Lf des décharges se propageant sur divers types de diélectriques solides (PTFE avec différentes charges, résine Epoxy et verre) en présence des gaz SF6, N2 et CO2 ainsi que des mélanges SF6 - N2 et SF6 - CO2, sous tension de foudre (1,2/50 µs), en géométrie pointe - plan. Les matériaux considérés ont été choisis pour leur grande utilisation dans les applications haute et moyenne tensions (disjoncteurs en particulier). Les caractéristiques de la décharge sont analysées en fonction de l'amplitude et de la polarité de la tension, de la nature et de l'épaisseur de l'isolant solide, du type et de la pression du gaz (ou mélange) ainsi que de la concentration des gaz constituant le mélange.<br /><br />Il ressort des résultats obtenus que l'aspect morphologique des décharges varie selon les constituants de l'interface gaz/solide, l'amplitude et la polarité de la tension ainsi que la pression du gaz. En présence d'un gaz ou mélange donné, Lf augmente quasi-linéairement avec la tension et décroît lorsque la pression, l'épaisseur du solide diélectrique et/ou le taux de SF6 dans le mélange augmentent. Aussi, pour une tension et une pression données, Lf est plus élevé en polarité positive alors que la tension d'apparition des décharges est plus élevée en polarité négative. Les résultats obtenus avec l'azote et le mélange SF6 - N2 sont très aléatoires. Le calcul du champ par éléments finis (Flux 2D/3D) montre que le renforcement du champ au voisinage de la pointe est d'autant plus important que la différence entre la constante diélectrique du matériau solide et celle du gaz est grande. Les enregistrements de courants associés aux décharges ont révélé l'existence d'une décharge secondaire de signe opposé à la tension appliquée. Ce phénomène est dû à l'accumulation de charges sur la surface de l'isolant solide ; certains matériaux accumulent moins de charges surfaciques et la longueur finale des décharges qui s'y développent est plus courte. Une relation entre le type de gaz (mélange) et sa pression, la nature du diélectrique solide et son épaisseur, et la dimension fractale D des décharges a été établie. D diminue lorsque l'épaisseur e du solide et/ou la pression du gaz augmente et/ou la permittivité diélectrique du solide diminue.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la miniaturisation des capteurs de gaz à base d'oxydes<br />semi-conducteurs (SnO2). L'objectif de l'étude est de déposer des couches sensibles par<br />sérigraphie en couche épaisse sur des substrats chauffants réalisés sur silicium par la<br />technologie microélectronique.<br />Les premiers travaux ont consisté à acquérir une base de compétences sur la technique de<br />dépôt par sérigraphie. Pour cela, plusieurs études ont été menées sur l'élaboration des encres<br />conventionnelles (élément actif, liant organique, liant minéral), sur le contrôle des paramètres<br />de dépôts et sur les conditions de recuit. Ainsi le choix de la poudre initial de dioxyde d'étain<br />résulte d'une étude comparative de l'influence de la granulométrie sur la conductance<br />électrique des couches sensibles mesurée à 500°C sous air et sous gaz (CH4, CO, C2H5OH).<br />La poudre doit être fine (0.6-2μm) et ne pas s'agglomérer. Les caractéristiques des dépôts<br />(texture, rugosité, épaisseur, conductance électrique) sont ensuite fortement dépendantes de la<br />composition de l'encre et des conditions de recuit. Le liant organique permet d'ajuster les<br />propriétés rhéologiques de l'encre mais contribue à la création d'une porosité dans les<br />couches et à la diminution de conductances électriques si sa teneur augmente. L'ajout d'un<br />liant minéral accroît l'accrochage des couches sur le substrat, mais entraîne une perte de<br />conductivité liée à des phénomènes de percolation et de réactivité avec l'élément sensible.<br />La seconde partie expérimentale concerne le travail de compatibilité entre la technique de<br />sérigraphie et les supports microélectroniques. Certaines difficultés telles que la résistance<br />mécanique des membranes chauffantes ou le positionnement des motifs miniaturisés<br />(350x500μm2) peuvent être résolues grâce à des réglages de la machine d'impression.<br />Cependant le problème crucial est l'accrochage des couches car l'élément sensibles subit<br />d'importantes contraintes mécaniques issues du sciage des micro-capteurs et des contraintes<br />thermiques imposées par la membrane. Une solution innovante pour améliorer l'adhésion sans<br />dégrader la conductivité électrique consiste à remplacer le liant minéral par une précurseur de<br />l'élément à déposer (sol-gel ou alkoxyde). Cette substitution permet d'améliorer à la fois, le<br />frittage du SnO2 et l'accrochage entre la couche sensible et le support microélectronique. De<br />plus, étant donné les faibles températures de décomposition de ces précurseurs, il est possible<br />d'abaisser la température de recuit des couches jusqu'à 450°C. Cependant une adhésion<br />suffisante n'est obtenue que pour des recuits à partir de 800°C. Des traitements de surface des<br />wafers pourraient s'avérer intéressant pour améliorer l'accrochage à plus faibles températures.

This thesis presents an accurate study about the fluid-dynamics of dense gases and their potential application as working fluids in Organic Rankine Cycles (ORCs). The ORCs are similar to a steam Rankine Cycle where an organic fluid is used instead of steam, which ensures better efficiency for low-temperature sources. Specific interest is developed into a particular class of dense gases, the Bethe-Zel'dovich-Thompson (BZT) fluids, which exhibit negative values of the Fundamental Derivative of Gasdynamics G in the vapor phase , for a range of temperatures and pressures of the order of magnitude of those of the liquid/vapor critical point, just above the upper coexistence curve. Transonic and supersonic flows in a region of negative G are characterized by nonclassical gasdynamic behaviors, such as the disintegration of compression shocks. Owing to this effect, the use of BZT gases as working fluids in ORCs is particularly attractive, since it may reduce losses due to wave drag and shock/boundary layer interactions. This advantage can be further improved by a proper design of the turbine blade. The present work is devoted to improve the understanding of the peculiar fluid-dynamic behavior of dense gases with respect perfect ones and to the research of suitable aerodynamic shapes. To this purpose, a dense-gas Navier-Stokes (NS) numerical solver is coupled with a multi-objective genetic algorithm. The Navier-Stokes solver employs equations of state of high accuracy within the thermodynamic region of interest and suitable thermophysical models for the fluid viscosity and thermal conductivity. Different computations are performed for transonic flows over isolated airfoils and through turbine cascades to evaluate the influence of the upstream kinematic and thermodynamic conditions on the flow patterns and the system efficiency, and possible advantages deriving from the use of a non-conventional working fluid are pointed out. Then, high performance airfoils and turbine blade shapes for transonic flows of BZT fluids are constructed using the CFD solver coupled with a multi-objective genetic algorithm. Shape optimization allows to strongly increase flow critical Mach Number, delaying the appearance of shock waves, while ensuring high lift (for an airfoil) and efficiency. A careful analysis of the convergence behavior of Genetic Algorithms has also been undertaken by means of statistical tools. Genetic Algorithm exhibit a marked sensitivity to the shape of the response surface and to its numerical representation. Some strategies are proposed to systematically evaluate GAs convergence capabilities for a given problem and to enhance their convergence properties for dense gas optimization problems.

Le superalliage à 22%mas. en chrome, Haynes 230®, est un matériau candidat pour les échangeurs de chaleur (température maximale 850°C-950°C) des Réacteurs à Caloporteur Gaz, également appelés HTRs (High Temperature Reactors). Dans l'optique de valider les performances de cet alliage, il faut garantir sa résistance à la corrosion dans l'environnement d'hélium impur de ces réacteurs. Dans cet objectif, la réactivité de surface de l'Haynes 230® a été examinée à des températures comprises entre 850 et 1000°C. On s'est attaché à caractériser l'influence de différents paramètres tels que concentrations en impuretés du gaz (monoxyde de carbone, méthane et rapport vapeur d'eau/dihydrogène), caractéristiques de l'alliage (activités en Cr et en C, teneurs en éléments mineurs) et température d'exposition. Deux principaux comportements ont pu être mis en évidence : la formation d'une couche d'oxyde riche en Cr et Mn à 900°C et sa réduction à plus hautes températures. A 900°C, la vapeur d'eau est l'oxydant principal. Toutefois dans les temps initiaux, le monoxyde de carbone réagit à l'interface métal/oxyde ce qui implique un transport de gaz au travers de la couche ; CO semble préférentiellement oxyder les éléments mineurs aluminium et silicium. A partir d'une température critique TA, le carbone en solution dans l'alliage réduit l'oxyde de chrome. Un modèle de destruction de la couche basé sur les grandeurs thermodynamiques interfaciales de l'alliage, la morphologie de la couche et la pression partielle en monoxyde de carbone dans l'hélium est proposé puis validé.

Les applications potentielles du carbure de silicium (SiC) en microélectronique ont motivé de nombreuses études sur les défauts ponctuels, qui jouent un rôle important dans la compensation électrique. Ce matériau possède en outre de nombreux atouts pour participer au confinement des matières fissiles dans les réacteurs à caloporteur gazeux du futur (4ème génération). Dans cette thèse, nous avons utilisé la Résonance Paramagnétique Electronique et la Spectroscopie d'Annihilation de Positons pour étudier les propriétés (nature, taille, état de charge, migration et agglomération sous recuit) des défauts ponctuels natifs et induits par irradiation avec différentes particules (H+, e-, ions carbone) dans les polytypes 3C et 6H de SiC. L'étude par annihilation de positons des défauts natifs dans 6H-SiC a permis de mettre en évidence une forte concentration de pièges non lacunaires de type accepteur, qui ne sont pas présents dans les cristaux 3C-SiC. La nature des défauts détectés après irradiation aux électrons de basse énergie (190keV) dépend du polytype. En effet, si des paires de Frenkel de silicium et des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 6H, seules des monolacunes de carbone sont détectées dans les cristaux 3C. Nous proposons que ces différences quant aux populations de défauts ponctuels détectés résultent de valeurs différentes des énergies de seuil de déplacement du silicium dans les deux polytypes (environ 20eV pour 6H et 25eV pour 3C). Par ailleurs, les irradiations avec des protons de 12MeV et des ions carbone de 132MeV créent des monolacunes de silicium ainsi que des bilacunes VSi-VC. Ni la particule (protons ou ions carbone), ni le polytype (3C ou 6H) n'influent sur la nature des défauts générés. Enfin l'étude du recuit de monocristaux 6H-SiC irradiés avec des protons de 12MeV a permis de mettre en évidence plusieurs processus successifs. Le résultat le plus original est l'agglomération des monolacunes de silicium avec les bilacunes VSi-VC qui mène à la formation de trilacunes VSi-VC-VSi.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet RNTS R-MOD qui visait le développement d'un simulateur morpho-fonctionnel des voies respiratoires. Des méthodes de visualisation et de quantification de flux gazeux pulmonaires par IRM des gaz hyperpolarisés (GHP) ont été développées pour pouvoir valider les résultats du simulateur.<br />Pour atteindre cet objectif, un système adapté à l'environnement spécifique de l'IRM a été développé pour permettre l'administration de GHP de manière contrôlée, et différentes approches d'imagerie du flux de GHP ont été explorées.<br />La 1ère approche est basée sur de l'imagerie dynamique de l'inspiration de GHP. Ce type d'expérience est analysé. L'évolution du phénomène est trop rapide pour être observée correctement avec les techniques actuelles. Néanmoins, un état d'équilibre dynamique de la répartition spatiale de l'aimantation dans les poumons lors d'inspirations en régime stationnaire est observable. Les paramètres dont dépend cet équilibre et une partie de ce qui peut être quantifié par le biais de ce type d'expérience ont été formalisés et les concepts introduits ont été validés par différentes expériences d'imagerie dynamique.<br />La 2ième approche, quantitative, est basée sur la vélocimétrie par contraste de phase combinée à l'imagerie radiale rapide. D'abord validée quantitativement sur des fantômes d'écoulement connus (tube droit, coude, bifurcation), la technique a ensuite été appliquée sur un modèle réaliste d'arbre bronchique et comparée à une simulation numérique des écoulements. Les 3 composantes de la vitesse ont été mesurées en environ 1 s avec une résolution spatiale du mm et une précision du cm•s-1. Enfin, la faisabilité in vivo de la mesure de vitesse dans les voies aériennes pulmonaires a été démontrée dans la trachée lors d'une inspiration.<br />Cet outil de caractérisation des écoulements à l'aide de l'IRM des GHP ouvre des voies prometteuses aussi bien pour la physique des écoulements que pour les applications médicales.

Cette thèse est consacre à l'étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) grand décalage spectral à l'aide d'observations (sub)millimétrique et radio.<br /><br />Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles 1.96. La relation entre l'émission infrarouge et radio des galaxies locales est vérifiée pour les QSO grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~1000Mo/yr) indiquent d'intenses flambées stellaires nécessitant dimportants réservoirs de gaz moléculaire.<br /><br />La détection de CO dans J1409+5628 z=2.56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100K, et des densités de 10^(3-4) cm-3, comparables M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapporte pour deux QSO grand z.<br /><br />Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l'Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie l'étude du milieu interstellaire dans l'environnement extrème des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.

Ce mémoire de thèse présente une série d'expériences visant à caractériser la dynamique d'un condensat de Bose-Einstein dilué, en nous concentrant plus particulièrement sur sa mise en rotation. En utilisant un laser très désaccordé, nous avons pu réaliser un potentiel dipolaire simulant l'expérience du seau tournant effectuée précédemment sur l'hélium II : la mise en rotation s'accompagne alors de la formation de tourbillons quantifiés caractérisés par un défaut de phase en leur coeur. Ce défaut topologique a pu être mis en évidence par une expérience d'interférences atomiques entre deux paquets d'ondes séparés spatialement. De plus, nous avons mesuré le moment cinétique du nuage en étudiant le spectre de ses modes de surface, nous permettant ainsi de préciser le mécanisme de nucléation des tourbillons. Ceux-ci se forment suite à une instabilité dynamique du condensat, dépendant fortement de la géométrie du potentiel tournant.

À travers mon travail de thèse sur les noyaux actifs de galaxie, dans le proche IR, avec un grand télescope (8-10m) muni d'une optique adaptative, j'ai été amené à faire intervenir des disciplines d'horizons très différents. <br /><br />Plus précisément, il s'agissait d'obtenir des données sur des noyaux actifs de galaxie avec NaCo, de créer et/ou d'adapter de nouvelles techniques de traitement pour les observations avec une optique adaptative, pour enfin interpréter les données ainsi traitées, notamment en les comparant à des modèles numériques. L'acquisition de cette double compétence a été particulièrement favorisée par le statut de ma thèse qui avait pour cadre une collaboration entre l'ONERA et le LESIA.<br /><br />Le problème astrophysique auquel je me suis attaqué est celui de la structuration de l'environnement immédiat des Noyaux Actifs de Galaxie (NAGs) et en particulier du test de l'hypothèse d'un tore de gaz moléculaire et de poussières ainsi que de son interaction avec un jet issu du NAG. Les échelles de ces structures (dizaine de pc) impliquent une résolution angulaire très élevée et la variété des phénomènes en jeu induit des morphologies parfois complexes qu'il est impératif de distinguer d'artefacts instrumentaux subtils.<br />Trois techniques de renforcement de la résolution angulaire et du contraste ont été développées ou améliorées dans ce travail :<br />- Le recentrage d'image sub-pixelique, grâce à un algorithme de type<br /> maximum de vraisemblance<br />- La déconvolution d'image sous contraintes<br />- La reconstruction de la fonction d'étalement de point de l'instrument<br /> avec les données d'analyse de front d'onde<br /><br />Dans chaque cas, la méthode a été appliquée à des données réelles et a permis effectivement un gain important sur la finesse angulaire et donc, au final, sur le retour astrophysique, avec plusieurs résultats originaux en particulier concernant NGC1068 le plus étudié des noyaux de Seyfert de type 2 :<br />- Dans le cas d'Arp 220, prototype des noyaux de galaxie ultra-lumineuses, deux composantes nucléaires ont pu être clairement identifiées, pour la première fois à 3.8µm dans la partie Est du coeur d'Arp 220, permettant d'établir un lien direct entre le proche et le moyen IR. De plus, un double bras d'émission, probablement la zone d'interaction des deux galaxies en fusion, est clairement mis en évidence, entre la source Ouest et les deux sources Est du coeur.<br />- Dans le cas de NGC 1068, de nouvelles structures à la morphologie très particulière (vagues quasi-périodiques), encadrant le jet radio, ont été mises en évidence en bande L' et M d'une part et en bande Ks d'autre part grâce aux premières observations coronographiques jamais réalisées dans le domaine extragalactique. Ces structures dont la formation n'est pas encore expliquée, témoignent d'une interaction forte du jet avec la Narrow Line Region. Une étude photométrique précise dans ces 3 bandes m'a aussi permis de conclure que la poussière dans ces structures était majoritairement composée de nano-grains, peut-être des nano-diamants. En plus d'avoir montré que le cœur était résolu, des observations spectroscopiques de la source la plus centrale m'ont enfin permis d'apporter un certain nombre d'éléments en faveur du modèle unifié des NAG, notamment la présence d'une cavité de sublimation des grains et la présence de gaz moléculaire non dissocié à petite distance du NAG. Le modèle de transfert radiatif dans le tore, développé dans le cadre de ma thèse, a permis de montrer la cohérence de l'ensemble des données.<br />- Dans le cas de NGC 7469, une structure micro-spirale a été mise en évidence grâce à la déconvolution dans les 2" centrales de cette galaxie de Seyfert de type I. De plus des observations spectroscopiques montrent des raies en émissions de l'hydrogène moléculaire sur la ligne de visée de la source la plus centrale, argument fort en faveur du modèle unifié des NAG.<br />- J'ai également contribué à la réduction de données des mesures faites sur le trou noir supermassif du Centre Galactique de 3 à 5 µm qui ont montré la fréquence importante des flares et leur localisation dans un volume de quelques rayons de Schwarzschild. <br /><br />Un certain nombre d'autres observations ont été réalisées durant cette thèse et sont en cours d'exploitation : on citera notamment les premières observations polarimétriques à haute résolution du jet de M87 dans l'IR proche.

On présente une nouvelle méthode de relaxation pour résoudre les équations de Navier-Stokes compressibles munies d'une loi de pression générale. La méthode s'inspire de la décomposition de l'énergie interne introduite par Coquel et Perthame (SIAM J. Numer. Anal., 35 (6), 2223-2249, 1998) pour les équations d'Euler. Elle conserve, en particulier, les mêmes conditions "sous-caractéristiques" pour l'exposant adiabatique du gaz fictif intervenant dans la relaxation. Dans cette thèse, on introduit une décomposition des flux diffusifs (tenseur des contraintes visqueuses et flux de chaleur) qui assure la stabilité du processus de relaxation via la positivité de la production d'entropie. Une analyse asymptotique au premier ordre autour de l'état d'équilibre permet également de montrer la stabilité du système relaxé, mais avec une décomposition différente du flux de chaleur. On présente ensuite une implémentation numérique de la méthode de relaxation. Celle-ci est mise en oeuvre en considérant une méthode mixte volume finis/éléments finis applicable à des maillages triangulaires non structurés avec un schéma d'ordre 3 en espace (méthode MUSCL et B-schéma) en temps basé sur une méthode de Runge-Kutta à 4 pas. Enfin, on valide la nouvelle méthode de relaxation sur 3 cas tests : advection d'un réseau périodique de vortex, interaction entre un spot de température et un choc et interaction entre un choc et un couche limite.