Le transport routier est responsable de la production de la majeure partie des oxydes d’azote (NOx) émis dans l’atmosphère. La majorité de cette pollution est donc concentrée dans des zones très urbanisées. L’exposition permanente aux gaz d’échappement a des conséquences graves pour la santé humaine et pour cela, des normes d’émission de plus en plus strictes sont mises en place. Les technologies post-Traitement embarquées dans les pots d’échappement sont de plus en plus complexes et nécessitent un control continu de la composition gazeuse. Les conditions sérères de ce milieu requièrent le développement de capteurs de gaz robustes et de longue durée de vie. Dans ce travail, nous présentons la procédure de fabrication et la caractérisation d’un capteur électrochimique à trois électrodes pouvant satisfaire les exigences d’une application industrielle dans le domaine automobile. La technologie de sérigraphie utilisée a l’avantage d’être facilement transférable dans l’industrie pour une production de masse bas cout.Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur la polarisation galvanostatique de l’électrode sensible permettant une détection sélective de NO2 sans interférence avec d’autres gaz comme CO et NO. De plus, afin d’augmenter la stabilité du capteur, de diminuer les temps de réponse et de recouvrement, un nouveau matériau d’électrode composite à base d’or a été développé.Enfin, la réduction électrochimique de l’oxygène sur l’or et sur des électrodes composite a été étudiée, afin de proposer un mécanisme de détection de NO2 / Road transport is one of the main sources of NOx emitted into the atmosphere. The majority of this pollution is concentrated in urbanized areas. The permanent exposure to the exhaust gases has serious consequences for human health and for that, emission standards become more stringent. The modern technologies present in automotive need the continuous control of the exhaust composition. The variations of temperature, composition of exhaust gas, vibrations and other factors require long life robust control systems. In this work, we present the procedure of fabrication and characterization of an electrochemical sensor with three electrodes that can fulfill the demands of industrial applications in automotive industry. Manufacturing by screen-Printing technology allows producing low-Cost sensor with high reproducibility in industrial process.The principle of our sensor is based on galvanostatic polarization of a gold sensing electrode allowing the selective detection of NO2 without interference to other gases such as CO and NO. In order to increase stability, and to decrease the response and recovery time of the sensor, a new Au composite sensitive electrode was developed. The electrochemical reduction of oxygen on gold and gold-Based electrodes was then studied, to propose a detailed mechanism of NO2 detection.

Les céramiques utilisées dans les Réacteurs à Eau Presurisée sont constituées de dioxyde d'uranium. Irradiée à fort taux de combustion en réacteur, elles présentent en périphérie de pastille une microstructure particulière, dénommée RIM, avec des pores de l'ordre du micromètre fortement pressurisés en gaz de fission. Lors des traitements thermiques (TT) simulant des situations incidentielles ou accidentelles de réacteur, un relâchement important de la zone de RIM est observé. Nous avons considéré que le mécanisme de relâchement du gaz contenu dans les bulles pressurisées est la fracturation mécanique des joints de grains du RIM. Puis nous avons comparé les différents types de sollicitations mécaniques auxquelles sont soumis un joint de grain à la contrainte à rupture de l'oxyde. La première sollicitation est induite par les bulles de gaz surpressurisées du RIM ; elle impose un champ de contrainte à un niveau microscopique i.e. à l'échelle d'une bulle de gaz et son environnement local. La seconde sollicitation est générée par l'interaction mécanique entre la pastille et la gaine. cette sollicitation impose un champ de contrainte à un niveau macroscopique i.e. à l'échelle de la zone de RIM et de son environnement global. La dernière sollicitation résulte de la déformation due à l'évolution structurale du RIM en TT. Les résultats expérimentaux de la thèse montrent que les champs de contraintes microscopiques et macroscopiques n'expliquent pas la fracturation des joints de grains du RIM en TT. Les sollicitations induites par l'évolution structurale du RIM en fonction de la température est un mécanisme possible pour expliquer le comportement mécanique global du RIM en TT. / The ceramics used in Power Water Reactors ar made of uranium dioxide. Irradiatd at high Burn-up, they present a characteristic zone in periphery called High Burn-Up Structure or RIM zone with micrometer pores containing over-pressurizzed gas bubbles. Annealing texts simulating incidental or accidental reactor situations, a strong release of the RIM zone is observed. We have considered that the fission gas release mechanism is the mechanical fracture of the RIM grain boundaries. The we have compared the diffrerent types of mechanical stress applied to a grain boundary with the fracture stress of the oxide. The first stress is due to RIM over-pressurized gas bubbles, these bubbles apply a stress field determined at a microscopic level i.e. at the gas bubbles scale and its local environment. The second stress is generated by the Pellet Cladding Mechanical Interaction (PCMI). This stress applies a stress field on a microscopic scale i.e. at the RIM zone and its overall environent. The last stress is occured by a strain due to the RIM structural evolution during annealing test. The experimental results show that microscopic and macroscopic stress fields to do not explain the RIM grain boundary fracture during annealing test. The stresses induced by the RIM structural evolution as a function of the temperature is a possible mechanism to explain the overal mechanical behavior of the RIM zone during annealing test.

Cette thèse concerne une étude de la gazéification du Miscanthus X giganteus (MXG). Le MXG présente de nombreux avantages (rendement, pérenne, peu d’entretien, facile à récolter…) qui lui permet d’être un candidat en terme d’énergies renouvelables. Il a fait l’objet de nombreux travaux dans le domaine agricole, mais notre étude est la première concernant sa gazéification afin de produire un gaz de synthèse. La première partie de ce travail concerne l’étude de la gazéification, effectuée dans un réacteur à lit fluidisé en présence de catalyseurs à base d’olivine. Les résultats obtenus lors des différentes campagnes d’essais ont donné d’excellents rendements en gaz (CO + H2) comparables à d’autres biomasses. La caractérisation des catalyseurs, par DRX et MEB a montré un bon comportement de l’olivine (tenue mécanique, régénération), de son côté le Niolivine a permis de meilleurs résultats. L’analyse des goudrons, par IRTF et GC/MS a montré essentiellement la présence de HAP, majoritaire à haute température (>800°C). La deuxième partie de cette étude porte sur le vaporeformage du méthyl-naphtalène, représentatif de la composition des goudrons issus de la gazéification du MXG. Le vaporeformage a été effectué en utilisant les mêmes catalyseurs qu’en gazéification. A côté de la réaction principale, cette étude a permis de mettre en évidence l’importance des réactions secondaires comme la réaction du gaz à l’eau. De plus, ces tests ont confirmé la bonne efficacité du Ni-olivine pour l’élimination des goudrons. Un mécanisme général a été proposé, mettant en jeu le rôle déterminant de l’oxygène radicalaire issu de la décomposition de l’eau / This study presents the gasification of Miscanthus X giganteus (MXG). The MXG presents many advantage (high yield, perennial crop, easily harvesting…) so it’s a good candidate in terms of renewable energy sources. Several works have been carried out in the agricultural field, but this study is the first dealing with gasification in order to produce a syngas. The first part of this work concerns the study of gasification in fluidized bed reactor with olivine-based catalysts. The results obtained in different tests gave a good gas yield (CO + H2) comparable to others biomass. The catalyst characterisation by XRD and SEM is related to the properties of olivine (mechanical strength, recycling), while Ni-olivine gave much better results. Tar analysis by FTIR and GC/MS showed the presence of mainly PAH at high temperature (>800°C).The second part of this study deals with the steam reforming of methylnaphthalene which is representative of the tar composition issued from the MXG gasification. The steam reforming performed with the same catalysts as in the case of gasification. In addition to the main reaction, this study allowed us high lights the existence of secondary reaction such as the water gas shift reaction. Moreover these tests confirmed the high efficiency of Ni-olivine for tar removing. An overall mechanism was proposed with the important role of catalytic oxygen issued from water decomposition

L’objectif principal de ce travail de thèse est de contribuer au développement d’un outil de diagnostic miniaturisé permettant d’identifier et de quantifier une combinaison de composés organiques volatils (COVs) présents dans l’haleine et qui sont considérés comme des marqueurs chimiques du cancer du poumon. Les principaux verrous scientifiques de ce projet sont liés aux très faibles concentrations de ces composés cibles (de l’ordre de quelques ppb) et également à la présence de nombreux autres composés chimiques qui sont naturellement présents dans l’haleine. La voie de développement proposée dans ce projet est d’utiliser un micro-capteur résistif à base de SnO2 associé à un micro-préconcentrateur et une micro-colonne chromatographique afin d’aboutir à un dispositif sélectif et présentant des limites de détection très basses. Dans un premier temps, plusieurs adsorbants ont été caractérisés en vue d’être utilisés dans le micro-préconcentrateur afin de concentrer les marqueurs du cancer du poumon. Les résultats ont permis de sélectionner deux types de zéolites (DaY et NaY) ainsi que des microsphères de carbone W5. Par la suite, les unités de préconcentration et de séparation des COVs ont été développées en s’appuyant sur la technologie silicium/verre disponible en salle blanche. La dernière étape de cette étude a concerné l’évaluation des performances du système d’analyse alors assimilable à un micro-chromatographe en phase gazeuse. Après avoir déterminé les conditions optimales d’élution et de préconcentration des COVs, le système miniaturisé a permis d’analyser une haleine artificielle constituée de trois COVs présents à des concentrations proches des celles mesurées dans l’haleine (toluène (24 ppb), propanol (21 ppb) et o-xylène (5 ppb)) même en présence des interférents majeurs de l’haleine (vapeur d’eau et dioxyde de carbone). / The main goal of this research is to develop a miniaturized diagnostic equipment in order to identify some volatile organic compounds present in exhaled breath and referred as lung cancer biomarkers. The main scientific and technical obstacles of this project are linked to the very low concentrations of these chemical compounds and the presence of high concentrations of H2O and CO2 naturally present in exhaled breath. To address these issues, we suggest to use a SnO2-based gas sensor combined with a micro-preconcentrator and a chromatographic micro-column in order to engineer a low detection limit system. First, some specific adsorbents have been characterized with a view to concentrate chemical biomarkers trough the micro-preconcentrator. In accordance with research findings, two types of zeolites (DaY and NaY) and one type carbonaceous microspheres (W5) have been selected. Then micro-preconcentrators and chromatographic micro-columns have been developed on silicon wafers by using clean room facilities. The last step of this study was to evaluate the performances of the analytical device. After determining optimal elution and pre-concentration conditions of each VOCs, the miniaturized system achieved the analysis of an artificial breath constituted of toluene (24 ppb), 1-propanol (21 ppb) and o-xylene in presence of high concentrations of water vapors and carbon dioxide.

La détection de gaz suscite depuis une dizaine d'années, un intérêt grandissant voir galopant, cela pour diverses raisons : environnementales, de santé publique, de sécurité (Hommes et infrastructures), etc... Ce dynamisme a pour conséquence un besoin de renouvellement et de perfectionnement des moyens de détection, qui croît à mesure que les normes existantes et les secteurs d'application respectivement, se complexifient et se diversifient. Une telle frénésie entraîne naturellement l'augmentation du nombre de projets de recherche sur cette thématique : le projet ANR PEPS, débuté en 2010, est l'un d'entre-eux. Acronyme de "Pellet Photonique Sensor", il vise à démontrer la faisabilité d'une plateforme de détection photonique multi-gaz exploitant l'effet thermo-optique, grâce à la combinaison de deux éléments centraux : des nanopoudres catalytiques sélectives aux gaz visés (dihydrogène ou monoxyde de carbone) et un composant photonique planaire très sensible aux variations d'indice de réfraction. Ce manuscrit est principalement consacré à la conception (sélection et optimisation) du composant photonique. / For about a decade, gas detection has known a tremendous interest, due to several reasons: environmental issues, public health, people and building safety, etc... This trend, triggered a spectacular and sustainable need of gas detection means improvement and development, which has grown with both standards sophistication and scope extension. As a matter of fact, the number of research projects related to this particular topic increased: PEPS ANR project, begun in 2010, is one of them. This research project, which is the acronym of Pellet Photonique Sensor, aim at developing a photonic multigas detection system based on thermo-optical effect, thanks to the combination of on one hand, catalitic nanopowders which react selectively with the target gas (hydrogen or carbon monoxide) and on the other hand, an high sensitive to refractive index variations planar photonic component. This thesis manuscript mostly treats of the photonic component design (choice and optimization).

L'origine de l'atmosphère terrestre demeure énigmatique. De plus, de nombreux évènements tels que les contributions de matière extraterrestre, le dégazage de la Terre solide ou encore les fuites de l'atmosphère vers l'espace ont modifié la composition de l'atmosphère au cours du temps. Ces travaux de thèse visaient à analyser précisément la composition de l'atmosphère ancienne piégée dans des roches âgées de plusieurs milliards d'années afin de mieux contraindre son origine et son évolution. L'analyse des isotopes du xénon, un gaz rare, démontre qu'une fraction de l'atmosphère terrestre ne peut avoir été apportée par les météorites mais plutôt par des corps riches en eau et en éléments volatils tels que les comètes. De plus, la composition isotopique de l'atmosphère a évolué au cours du temps jusqu'à il y a deux milliards d'années environ. Cette évolution du fractionnement est peut-être concomitante à celle l'oxygénation progressive de l'atmosphère qui a permis le développement de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui. / The origin of the Earth's atmosphere remains poorly understood. Its elemental and isotopic compositions have been shaped by numerous events in the history of our planet, such as extraterrestrial contributions, mantle degassing, atmospheric escape etc. This study aimed to analyze the composition of atmospheric gases trapped in several billion years old samples in order to better understand the origin and evolution of the Earth's atmosphere. Isotope analyses of xenon, a noble gas, demonstrate that part of the atmosphere was not brought by meteorites but might have been delivered to the Earth's atmosphere by volatile-rich bodies such as comets. Furthermore, the isotopic composition of atmospheric Xe evolved over geological ages and can be linked to the progressive oxidation of the atmosphere that permitted the emergence and development of modern forms of life.

Une variété d’applications techniques dans la conversion d’énergie sont basées sur la combustion turbulente. En dépit du fonctionnement avancé de la technologie, la science de la combustion (turbulente) en est à un stade relativement jeune. Des études détaillées des flammes de référence sont essentielles pour mieux comprendre la physique sous-jacente aux processus mentionnés, ainsi que pour fournir une base de données fiable permettant de valider les modèles numériques développés pour simuler des problèmes de combustion turbulents. La spectroscopie Raman / Rayleigh est une technique extrêmement utile qui permet d’accéder simultanément à des informations sur la température et la concentration en espèces chimiques principales dans les structures de flammes. La data reduction strategy appliquée avec cette technique est cruciale pour extraire des informations fiables des investigations expérimentales. Dans cette thèse, une version modifiée de la stratégie, basée sur la Hybrid Method de Fuest et al., a été développée et testée à l’aide de techniques de résolution de NLP problem, dont des méthodes d’optimisation globale et un algorithme génétique. La stratégie proposée permet une réduction significative du temps de traitement des données, nécessite moins d’expertise de l’utilisateur et réduit l’erreur de mesure. La procédure modifiée a été appliquée à un data set fourni par une étude expérimentale de deux jet flame méthane/air prémélangés turbulentes appartenant au régime flamelet de la combustion prémélangée turbulente. Le data set est composé de plusieurs scalaires, y compris les principales espèces et la température, mesurés simultanément avec la single-shot 1D Raman/Rayleigh spectroscopy. Les résultats des mesures sont analysés et discutés. / A variety of technical applications in energy conversion are based on turbulent combustion. Despite the advanced contest of operation, (turbulent) combustion science is at a relatively young stage. Detailed investigations of benchmark flames are essential to achieve a better understanding of the physics behind the mentioned processes, as well as to provide reliable database for validating numerical models developed to simulate turbulent combustion problems. Raman/Rayleigh spectroscopy is a highly valuable technique which allows to access simultaneous information on temperature and main chemical species concentration within the flame structures. The data reduction strategy applied with this technique is crucial, in order to extract reliable information from the experimental investigations. In this this thesis, a modified version of the strategy, based on the Hybrid Method by Fuest et al., has been developed and tested using NLP problem solving techniques, including global optimization methods and a genetic algorithm. The proposed strategy allows for a significant reduction of the data processing time, requires less user’s expertise and returns better results in reduced measurements error. The modified routine has been applied to data set provided by an experimental investigation of two turbulent premixed methane/air jet flames belonging to the flamelet regime of turbulent premixed combustion. The data set is composed by multiple scalars, including major species and temperature, simultaneously measured with single-shot 1D Raman/Rayleigh spectroscopy. The results of the measurements are analyzed and discussed.

Ce travail de thèse est dédié à l’étude théorique de l’effet de l'environnement sur les nano-catalyseurs AuCu. Ainsi dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), la stabilité du système bimétallique AuCu, modélisé sous forme de surfaces semi-infinies, de nanoparticules libres et de nanoparticules supportées, a été examinée en présence et en absence de gaz réactif. Du point de vue thermodynamique, et sous conditions de vide, la ségrégation de l’or en surface est favorisée, en partie grâce à sa plus faible énergie de surface comparée à celle du cuivre. En revanche, en présence de molécules de gaz (CO, NO ou O2), les résultats montrent une ségrégation inversée, du cuivre vers la surface et de l’or vers le volume. Ces résultats confirment et expliquent les observations expérimentales et permettent aussi de prédire la localisation du cuivre à la surface de l’alliage en présence de chaque environnement gazeux. Sur les surfaces, l’étude énergétique de l’anisotropie de ségrégation (c'est-à-dire la force de ségrégation pour chaque type de terminaison de la surface) montre une ségrégation préférentielle de Cu vers la surface (110) en présence de gaz. L’analyse de la structure électronique issue des calculs de la densité d’état et des distributions de charges met en évidence des caractères très différents pour les molécules de gaz et donc des effets différents sur l’alliage AuCu, à savoir un caractère local pour CO, semi-local pour NO et complètement singulier dans le cas de O2.Sous forme de nanoparticule (cuboctaèdre de 38 atomes), l’étude de l’évolution de la stabilité de AuCu en fonction de la teneur en Au et pour différents types d’alliages (cœur-coquille, alliage régulier, peau-cœur) a été effectuée grâce aux calculs de l’énergie de surface. Les résultats révèlent l’existence d’une relation linéaire entre la composition chimique et la stabilité de AuCu. En outre, à partir d’une teneur en Au de 20%, les nano-alliages bimétalliques AuCu se révèlent plus stables que les composantes Au et Cu pures. En présence de gaz, un modèle thermodynamique qui prend en compte l’adsorption des molécules de CO a été développé pour prédire le diagramme de stabilité en fonction de la température et de la pression de CO. Les résultats montrent l’instabilité des nanoparticules de Cu sous pression de gaz et prédisent une composition critique en Au (15%) à partir de laquelle l’alliage AuCu devient stable sous gaz réactif. Ces résultats sont en parfait accord avec des résultats expérimentaux récemment publiés.Enfin, l'effet du support oxyde a été soigneusement étudié en considérant l’interaction des nanoparticules AuCu sur la surface de TiO2(100) anatase. L’analyse des composantes énergétiques (énergies de dépôt, énergies d’interaction, etc ..), des effets géométriques (déformations de la nanoparticule et du support) et des propriétés électroniques (transferts de charges) ainsi que l’étude de la réactivité ont permis de comprendre le comportement de l’alliage supporté et d’évaluer l’effet du support anatase, pas du tout le même en fonction de la structure et de l’ordre chimique de la nanoparticule considérée. / This thesis is devoted to the theoretical description of the effect of the environment on AuCu nanocatalysts. In the framework of density functional theory (DFT), the stability of the AuCu bimetallic system, modeled as semi-infinite surfaces, free nanoparticles and supported nanoparticles, was studied in the presence and in the absence of reactive gas. From a thermodynamic point of view, and under vacuum conditions, the segregation of gold at the surface is favored, which is due, in part, to its lower surface energy compared to that of copper. However, in the presence of gas molecules (CO, NO or O2), the results show an inverted segregation, of copper towards the surface and of gold towards the bulk. These results confirm and explain the experimental observations and also make it possible to predict the localization of the copper on the surface of the alloy in the presence of gas environment.Over the AuCu surfaces, the energetic study of segregation anisotropy (i.e. the segregation forces versus surface terminations) shows preferential segregation of Cu toward the (110) surface, in the presence of gas. The analyses of the electronic structure from the calculation of density of states and charge distributions reveal very different characters of gas molecules and therefore different effects on the AuCu alloy, namely a local character for CO, semi-local for NO and a completely different behavior for the case of O2.In the form of nanosized particle (truncated cuboctahedron of 38 atoms), the AuCu stability as a function of Au content and for different alloy types (core-shell, regular alloy, skin-heart) was investigated by considering surface energy calculations. The results reveal the existence of a linear relationship between the chemical composition and the stability of AuCu. In addition, for Au content equal and beyond 20%, the AuCu bimetallic nano-alloys are found to be more stable than the pure Au and Cu components. In the presence of gas, a thermodynamic model that takes into account the adsorption of CO molecules was developed to predict the stability diagram as a function of temperature and CO pressure. The results show the instability of Cu nanoparticles under gas pressure and predict a critical composition in Au of about 15% from which the AuCu nanoalloys become stable. These results are in full agreement with recent experimental reports.Finally, the effect of the oxide support has been carefully investigated by considering the adsorption of AuCu nanoparticles over TiO2 (100) anatase surface. The analysis of energetic components (deposition and interaction energies etc.), geometric effects (nanoparticle and support deformations) and electronic properties (charge transfers) as well as the study of the reactivity, made it possible to understand the behavior of the supported nanoalloys and to evaluate the effect of the anatase support; not at all the same depending on the structure and the chemical order of the considered nanoparticle.

En Amérique du Nord, le chauffage de l'espace, l'eau chaude, et l'utilisation de la climatisation énergie secondaire plus que toute autre activité au sein de bâtiments, émettant ainsi la majorité des gaz périmètres 1 et 2 serre (GES). La pompe à chaleur géothermique (PCG) utilise un tiers de l'énergie des technologies traditionnelles de fournir un espace de services d'eau chaude et de climatisation. Bien géothermique est une technologie bien établie, les économies d'énergie et les émissions de GES ne sont pas traduits dans leur adoption généralisée. Les mesures de politique publique et les incitations financières adoptées pour promouvoir PCG ont échoué à conduire à une large adoption ou de réduire les coûts. Cette thèse examine l'adoption de pompes à chaleur géothermiques en réponse aux politiques de soutien parmi les adopteurs résidentiels, institutionnels, et la ville-échelle. Données au niveau détaillé du site et des panneaux permettent expériences naturelles sur la réponse des adoptants résidentiels au Canada et aux États-Unis à l'évolution des incitations. À des échelles supérieures, les procédures réglementaires relatives à l'offre de services de l'énergie thermique (TES) a fourni une étude de cas pour l'analyse des modèles d'utilité pour financer géothermique pour les clients commerciaux et institutionnels. Au Canada et aux États-Unis, les incitations financières ont échoué à soutenir l'adoption de la pompe à chaleur géothermique à travers ou après la période de la subvention pour les ménages résidentiels. Pas plus que les incitations conduisent à une diminution des prix dans le temps. Problèmes de resquillage au Canada et une incapacité à faire des incursions dans les zones desservies par le gaz naturel ont brin technologie géothermique. En outre, le coût en capital de pompes à chaleur géothermiques en résulte un coût de cycle de vie plus élevé que la plupart des solutions de rechange. Les avantages de l'économie à l'échelle d'incitations financières pour les pompes à chaleur géothermiques sont limitées au Canada, où la plupart des pompes à chaleur sont importés. TES fournissent innovations convaincantes pour combler les obstacles à des échelles supérieures. TES surmonter équilibrer les contraintes de bilan sur la dette commune aux organisations du secteur public par le financement de biens d'équipement et de rénovation que les paiements de services publics. TES peut surmonter les contraintes de capitaux rencontrés par les développeurs en finançant des équipements à l'intérieur du bâtiment en réduisant les coûts de construction. Cependant, notre étude des marchés publics de cas révèle TES être une approche coûteuse dans le long terme. Les perspectives de cette recherche sont traduits dans les meilleures pratiques et des conseils stratégiques pour améliorer la passation des marchés, accroître la sensibilisation, et aligner les incitations pour une plus grande efficacité. / In North America, space heating, hot water, and air conditioning use more secondary energy thanany other activity within buildings, thus emitting the majority of scope 1 and scope 2 GreenhouseGases (GHG). The Ground Source Heat Pump (GSHP) uses one-third the energy of traditionaltechnologies to provide space conditioning and hot water services.While GSHP is a well-established technology, the energy savings and lower GHG emissionshave not translated into their widespread adoption. Public policy measures and financialincentives adopted to promote GSHP have failed to lead to broad adoption or lower costs. Thisthesis examines the adoption of GSHP in response to supportive policies among residential,institutional, and city-scale adopters.Detailed site-level and panel data permit natural experiments on the response of residentialadopters in Canada and the US to changing incentives. At higher scales, regulatory proceedingsconcerning the offering of Thermal Energy Services (TES) has provided a case study for analysisof utility models to finance GSHP for commercial and institutional clients.In Canada and the US, financial incentives failed to sustain the adoption of GSHP throughout orafter the period of subsidy among residential households. Neither did incentives lead to adecrease in price over time. Free-ridership problems in Canada and an inability to make inroadsto areas served by natural gas have stranded GSHP technology. Further, the capital cost ofGSHP results in a higher lifecycle cost than most alternatives. The economy-wide benefits offinancial incentives for GSHP are limited in Canada, where most heat pumps are imported.iiiTES provide compelling innovations to bridge barriers at higher scales. TES overcome balancesheet constraints on debt common to public sector organizations by financing capital equipmentand renovations as utility payments. TES can overcome capital constraints faced by developersby financing equipment inside the building lowering construction costs. However, our casestudy of public procurement reveals TES to be a costly approach in the long run. The insightsfrom this research are translated into best practices and policy advice to improve contracting,increase awareness, and align incentives for greater efficiency.

L’allumage est un point essentiel dans le dimensionnement des moteurs-fusées, et il nécessite de prendre en compte plusieurs phénomènes physiques très distincts qui sont autant de challenges numériques. Le premier point abordé pendant cette thèse est la modélisation et la simulation par Simulation aux Grandes Échelles d’un allumeur de type VINCI. Des gaz chauds, riches en oxygène, sont délivrés de façon supersonique dans une chambre remplie d’hydrogène faisant apparaître un jet fortement sous-détendu et de multiples interactions choc/choc ou choc/flamme. Les premiers instants du processus d’allumage sont ici détaillés. Le second point abordé est la modélisation et la simulation numérique de la combustion H2/O2 à haute pression. En particulier, les effets d’une diffusion non-idéale sont étudiés dans le cas de flammes de prémélange 1D et sur la configuration 2D de type ‘splitter plate’. Un impact de la modélisation sur les espèces produites et le champ de température est ici mis en lumière. / Ignition is a key point in the design of liquid rocket engine (LRE), and it requires to take into account several distinct physical phenomena that constitute numerical challenges. The first point addressed during this thesis is the modeling and simulation using Large Eddy Simulation of a LRE igniter in a configuration close to VINCI rocket engine. The hot gases from the igniter, rich in oxygen, are delivered at supersonic speeds in a chamber filled with hydrogen. Such configuration creates under-expanded jets with multiple shock/shock or shock/flame interactions. A focus is done on the ignition process. The second point addressed is the modeling and simulation of high pressure H2/O2 combustion which occurs. In particular, the effects of non-ideal diffusion are studied through a 1D premixed flames and a 2D splitter plate configuration. An impact of modeling on the species produced and the temperature field is highlighted.