Dans cette thèse, nous nous intéressons aux équations des gaz sans pression avec contrainte de congestion qui soulèvent encore de nombreuses questions. La stratégie que nous proposons repose sur des précédents travaux sur le mouvement de foule dans le cadre de l'espace de Wasserstein, et sur un modèle granulaire avec des collisions inélastiques.Elle consiste en l'étude d'un schéma discrétisé en temps dont les suites doivent approcher les solutions de ces équations.Le schéma se présente de la manière suivante : à chaque pas de temps, le champ des vitesses est projeté sur un ensemble lui permettant d'éviter les croisements entre particules, la densité est ensuite déplacée selon le nouveau champ des vitesses, puis est projetée sur l'ensemble des densités admissibles (inférieures à une valeur seuil donnée).Enfin, le champ des vitesses est mis à jour en tenant compte du parcours effectué par les particules. En dimension 1, les solutions calculées par le schéma coïncident avec les solutions connues pour ce système. En dimension 2, les solutions calculées respectent les propriétés connues des solutions des équations de gaz sans pression avec contrainte de congestion. De plus, on retrouve des similarités entres ces solutions et celles du modèle granulaire microscopique dans des cas où elles sont comparables. Par la suite, la discrétisation en espace pose des problèmes et a nécessité l'élaboration d'un nouveau schéma de discrétisation du coût Wasserstein quadratique. Cette méthode que nous avons baptisée méthode du balayage transverse consiste à calculer le coût en utilisant les flux de masses provenant d'une certaine cellule et traversant les hyperplans définis par les interfaces entre les cellules. / In this thesis, we consider the pressureless Euler equations with a congestion constraint.This system still raises many open questions and aside from its one-dimensional version,very little is known. The strategy that we propose relies on previous works of crowd motion models withcongestion in the framework of the Wasserstein space, and on a microscopic granularmodel with inelastic collisions. It consists of the study of a time-splitting scheme. The first step is about the projection of the current velocity field on a set, avoiding the factthat trajectories do not cross during the time step. Then the scheme moves the density with the new velocity field. This intermediate density may violate the congestion constraint. The third step projects it on the set of admissible densities. Finally, the velocity field is updated taking into account the positions of physical particles during the scheme. In the one-dimensional case, solutions computed by the algorithm matchwith the ones that we know for these equations. In the two-dimensional case, computed solutions respect some properties that can be expected to be verified by the solutions to these equations. In addition, we notice some similarities between solutions computed by the scheme and the ones of the granular model with inelastic collisions. Later, this scheme is discretized with respect to the space variable in the purpose of numerical computations of solutions. The resulting algorithm uses a new method to discretize the Wasserstein cost. This method, called Transverse Sweeping Method consists in expressing the cost using the mass flow from any cell and crossing hyperplanes defined by interfaces between cells.

Ce travail concerne les mécanismes de formation, de destruction et de relaxation interne des ions moléculaires formes au cours de collisions inélastiques ultra-froides. Ces collisions sont étudiées expérimentalement dans des pièges hybrides mêlant un piège d'atomes ultra-froids et un piège d’ions refroidis par laser. Nous avons effectué une analyse théorique systématique des collisions binaires, assistées par la lumière, impliquant plusieurs sortes de paires atome/ion. Leur interaction mutuelle est décrite par des calculs de chimie quantique basés sur l'utilisation de potentiels de cœur effectifs très précis. La formation d’ions moléculaires par 'association radiative est prédite efficace pour tous les systèmes étudiés, avec une section efficace deux à dix fois plus grande que le processus concurrent, le transfert de charge radiatif. Les constantes de vitesse partielles et totales sont aussi calculées et comparées aux valeurs expérimentales disponibles. Des résonances de forme sont attendues avec une largeur très faible, et pourraient être observées avec la meilleure résolution expérimentale atteinte aujourd'hui. Les distributions vibrationnelles ont aussi été calculées. Elles montrent que les ions moléculaires formés ne sont pas créés dans leur état vibrationnel fondamental. Nous avons ensuite montré que ces ions moléculaires pouvaient être photodissociés par les lasers utilisés dans l’expérience pour le refroidissement et le piégeage. Par ailleurs nous avons étudié la relaxation vibrationnelle des ions formés. Dans les échelles de temps des différentes expériences, nous avons montré que celle-ci ne résulte pas d'une relaxation radiative associée au moment dipolaire permanent de l'ion, mais plutôt à des collisions avec les atomes ultra-froids environnants. Nous avons ainsi étudié cette relaxation interne pour les ions H₂⁺ (resp. Rb₂⁺) lors d'une collision avec des atomes ultra-froids de He (resp. Rb). Ces deux cas sont importants pour des expériences en cours. Nous avons décrit le calcul du potentiel d'interaction nécessaire pour l'obtention de la matrice de couplage qui intervient dans la résolution deséquations couplées multi-voies. En particulier il a été montré, dans le cas He-H₂⁺, que les interactions spin-rotation, du fait de la structure doublet de l'ion, n'ont qu'une faible influence sur la somme des sections efficaces d'état à état (avec ou sans effet vibrationnel). Ces calculs peuvent être donc simplifiés en traitant l'ion à un électron actif comme étant dans un état de spin nul. Dans le cas Rb-Rb₂⁺, l'étude de la relaxation vibrationnelle de l'ion Rb₂⁺ suite à des collisions froides avec des atomes de Rb se heurte à des difficultés supplémentaires: (i) l'échange des atomes identiques conduisant à des collisions réactives qui induisent des pertes dans le piège. (ii) la forte densité d'états internes due à la lourde masse du système. (iii) les interactions inter-voies encore présentes à très longues distances du fait cette forte densité. Néanmoins, nos calculs montrent que la forte anisotropie observée dans les surfaces d'énergie potentielle conduit à la relaxation efficace de l'ion Rb₂⁺ par collision avec des atomes de Rb. Cette tendance pourrait être très générale pour les ions moléculaires triatomiques présentant une forte anisotropie à courte distances et qui sont couramment utilisés dans les pièges hybrides. / The work sheds light on the mechanisms, and their efficiency, for (i) formation, (ii) destruction and (iii) internal cooling of cold molecular ions by inelastic ultracold collisions, such as those studied in hybrid setups merging an ultracold atom trap and a laser-cooled ion trap. We have carried out a systematic and consistent analysis of light assisted binary collisions of many relevant atom/ion pairs using accurate effective core potential based quantum chemistry calculations. Radiative association is predicted to occur for all systems with a cross section two to ten times larger than the competitive channel of radiative charge transfer. Partial and total rate constants are also calculated and compared to available experiments. Narrow shape resonances are expected, which could be detectable at low temperature with an experimental resolution at the limit of the present standards. Vibrational distributions are also calculated, showing that the final molecular ions are not created in their internal ground state level. Once light-assisted formation of molecular ions is probed, we have checked their effective radiative lifetime due to the presence of several lasers in the experiments, which turns out to efficiently photodissociate the created ions. Moreover, besides an extremely slow internal relaxation due to the presence of a permanent electric dipole moment, at reasonably time scales, we have found evidences for the population of molecular levels being strongly influenced by collisions with surrounding ultracold atoms. We have further investigated the internal cooling of both H₂⁺ and Rb₂⁺ (with the respective isotopologues) in collisions with ultracold He and Rb atoms, respectively, due to their relevance for experimental implementations. We have described the calculation of the interaction potentials needed to obtain the coupling potential matrix elements used in a multichannel close coupling formalism. In particular, it is shown that the sum of the He-H₂⁺ state-to-state cross sections (with and without vibrational effects) accounting for the coupling between electronic spin and molecular rotation is dynamically equivalent to directly treating the collision problem of a molecular ion as a structureless spherical rotor interacting with the He atom. The additional difficulties of a close-coupling treatment for an effective internal cooling of sympathetically cold Rb₂⁺ ions in collisions with Rb atoms are discussed along the following lines: (i) the homonuclear nature of the problem, inducing trap losses from reactive collisions; (ii) the higher density of internal states due to the heaviness of the system; and, (iii) its long-range neutral-charged interaction. Nevertheless, strong evidence of an efficient internal cooling by inelastic collisions with Rb atoms is found, and may indicate a general trend for all similar heavy species currently found in hybrid trap experiments.

Les systèmes de nombreuses particules peuvent présenter des comportements variés en fonction du type d’interaction entre ses composants.Dans certaines situations, des structures macroscopiques hautement ordonnées peuvent émerger de telles interactions. Le problème de l’identification des mécanismes qui activent l’ordre microscopique dans les systèmes bidimensionnels a fait l’objet d’études théoriques et expérimentales. Il y a plusieurs décennies, il a été montré que les systèmes bidimensionnels avec des interactions de paramètres d’ordre suffisamment court et d’ordre continu n’ont pas d’ordre à longue portée (ils n’ont pas de phase solide). D’autre part, des études numériques sur des systèmes sans ordre positionnel ont montré que de tels systèmes pourraient présenter des transitions de phase. Cette contradiction apparente dans les systèmes bidimensionnels a été expliquée dans la transition KT (Kosterlitz-Thouless) proposée pour le modèle XY. Depuis lors, on a commencé à observer que les systèmes sans ordre positionnel pouvaient montrer des transitions de phase quand ils avaient un ordre de demi-longue portée (ODLP). Ce type d’ordre est associé à l’ordre d’orientation du système qui est perdu lorsque les défauts topologiques activés par les fluctuations thermiques sont divisés en paires produisant une transition. D’autre part, les systèmes bidimensionnels avec ordre de position à la température T = 0 peuvent être fusionnés dans un scénario comprenant trois phases : solide / hexatique / liquide dont les transitions sont dues à la division en deux étapes de défauts topologiques à deux températures différentes (Théorie de Kosterlitz-Thouless-Halperin-Nelson-Young KTHNY).Ce travail se concentre sur l’ étude du plasma d’un composant bidimensionnel (PUC2d), un système classique de N charges ponctuelles identiques qui interagissent à travers un potentiel électrique et immergées dans une surface bidimensionnelle avec densité de charge opposée. Le système est un cristal à T = 0 qui commence à fondre si T est suffisamment élevé. Si le potentiel d’interaction entre les particules est logarithmique,alors le système dans le plan et la sphère a une solution exacte pour une valeur spéciale de T située dans la phase fluide. Dans cette étude, un formalisme analytique est utilisé pour déterminer exactement les propriétés thermodynamiques et structurelles qui permettent de suivre le comportement du PUC2d en la phase désordonnée jusqu’`a ce que celui-ci cristallise avec la restriction de N pas très grand. Par le formalisme, nous trouvons des connexions intéressantes avec l’ensemble de Ginibre défini dans la théorie des matrices aléatoires.Nous avons effectué des simulations de Monte Carlo pour modéliser le PUC2d avec des interactions potentiel en inverse de distance et des conditions aux limites périodiques dans le plan. Trois phases sont identifiées incluant la phase hexatique pour des systèmes suffisamment grands. Nous avons déterminé par l’analyse de taille finie et la méthode multi-histogramme que la transition hexatique/ liquide est de premier ordre faible. Finalement,une étude statistique sur les arrangements de défauts (clusters) lors de la fusion cristalline est effectuée, confirmant en détail la théorie de KTHNY et décrivant des alternatives pour la détection de transitions en deux dimensions. / Many particle systems may exhibit interesting properties depending on the interaction between their constituents. Among them, it is possible to find situations where highly ordered microscopic structures may emerge from these interactions. The central problem to identify the mechanisms which activate the ordered particle arrangements has been the subject matter of theoretical and experimental studies. In the past decades, it was rigorously proved that systems in two dimensions with sufficiently short-range interactions and continuous degrees of freedom do not have long-range order. In contrast, numerical studies of systems featuring lack of positional order in two dimensions showed evidence of phase transitions. This apparent contradiction was explained by the Kosterlitz-Thouless (KT)-transition for the XY-model showing that transitions may take place in positional isotropic bidimensional systems if they still have quasi-long range (QLR) order. Such QLR order associated to the orientational order of the system, is lost when topological defects activated by thermal fluctuations begin to unbind in pairs producing a transition. On the other hand, two-dimensional systems with positional order at vanishing temperature may show a melting scenario including three phases solid/hexatic/fluid with transitions driven by a unbinding mechanism of topological defects according to the Kosterlitz-Thouless-Halperin-Nelson-Young (KTHNY)-theory.This work is focused on the study of the two dimensional one component plasma 2dOCPa system of N identical punctual charges interacting with an electric potential in a two-dimensional surface with neutralizing background. The system is a crystal at vanishing temperature and it melts at sufficiently high temperature. If the interaction potential is logarithmic, then the system on the flat plane and the sphere is exactly solvable at a special temperature located at the fluid phase. We use analytical approaches to compute exactly thermodynamic variables and structural properties which enables to study the crossover behaviour from a disordered phases to crystals for small systems finding interesting connections with the Ginibre Ensemble of the random matrix theory.We perform numerical Monte Carlo simulations of the 2dOCP with inverse power law interactions and periodic boundary conditions finding a hexatic phase for sufficiently large systems. It is found a weakly first order transition for the hexatic/fluid transition by using finite size analysis and the multi-histogram method. Finally, a statistical analysis of clusters of defects during melting confirms in a detailed way the predictions of the KTHNY-theory but also provides alternatives to detect transitions in two-dimensional systems.

Les gaz d'atomes ultra-froids sont des systèmes à N-corps quantiques extrêmement propres et versatiles qui permettent de revisiter dans un environnement contrôlé des concepts fondamentaux souvent issus de la matière condensée. Dans notre système expérimental, nous travaillons avec des gaz d'atomes de potassium 39, qui sont des bosons et qui offrent la possibilité de modifier à loisir les interactions inter-atomiques grâce à des résonances magnétiques de diffusion, ou résonances de Feshbach. Notre équipe s'intéresse particulièrement à la physique des gaz quantiques en basses dimensions et en présence de désordre. Dans un premier temps, nous présentons l’observation et l’étude de la propagation d'un soliton brillant, une onde de matière 1D en interaction attractive, à travers un potentiel désordonné créé à partir d’une figure de speckle optique. Ce travail constitue la première mise en évidence d’effets non-linéaires sur la propagation d’atomes dans un milieu désordonné. Les limites de l’expérience, notamment en terme d’imagerie et de contrôle des champs magnétiques, ont motivé le design et la construction d’une nouvelle enceinte à vide. La suite du manuscrit est dédiée à la description et la caractérisation du nouveau dispositif expérimental, de sa construction à son utilisation pour la production de condensats de Bose-Einstein. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la localisation d’Anderson d’atomes-froids en présence d’une force constante. La localisation d’Anderson est caractérisée par une suppression de la conductivité sous l’effet du désordre. Dans le cadre des atomes-froids, elle s’explique par la prise en compte de la nature ondulatoire des atomes pendant les processus de diffusion dans le milieu désordonné. Bien qu’à 1D la localisation soit toujours présente, des études théoriques prédisent qu’une force constante appliquée au système modifie de manière drastique les signatures de la localisation (décroissance algébrique de la fonction d’onde) et peut conduire à une délocalisation complète du système. L’étude expérimentale que nous avons menée confirme les prédictions théoriques. / Ultracold atoms gases are quantum many-body systems very clean and versatile which allow to study basic concepts of condensed matter in controlled media. In our experimental system, we work with 39 potassium atoms which are bosons and allow us to modify the interactions between atoms using magnetic resonances of diffusion also called Feshbach resonances. Our team is particulary interested in the physics of quantum gases in low dimension in the presence of disorder. First, we present the observation and study of the propagation of bright solitons, which are 1D matter wave with attractive interactions, through a disordered potentiel made from a speckle pattern of light. This study led to the first observation of nonlinear effects over the propagation of cold atoms in disorder. The limits of the experiment, especially in terms of imaging and magnetic field control, motivated the design and construction of a new vacuum chamber. The next part of the manuscript is dedicated to the description and characterization of the new experimental device, from its construction to its use for the production of Bose-Einstein condensates. The last part of this thesis is devoted to the study of Anderson localization of cold atoms in the presence of a constant bias force. Anderson localization is characterized by a suppression of conductivity under the effect of disorder. In the context of the cold atoms, it is explained by taking into account the wave nature of the atoms during the diffusion processes in the disordered medium. Even if localization is always present in 1D systems, theoretical studies predict that a constant force applied to the system drastically modifies the signatures of the localization (algebraic decay of the wave function) and can lead to a complete delocalization of the system. Our experimental study confirms the theoretical predictions.

Le déclin de la production de pétrole, lié avec la diminution des matières premières carbonées pour la synthèse chimique ont mené les scientifiques à chercher de nouvelles sources de carbone pour l'industrie chimique. L'utilisation du dioxyde de carbone aiderait à réduire les émissions de gaz à effet de serre tout en fournissant une matière première renouvelable à base de bloc moléculaire en C1. En renversant les équilibres biologiques de trois déshydrogénases, nous avons effectué la biosynthèse multienzymatique en cascade du méthanol à partir de CO2 en utilisant la formiate déshydrogénase de Candida boidinii, la formaldéhyde déshydrogénase de Pseudomonas putida et l'alcool déshydrogénase de Saccacharomyces cerevisiae. Nous avons optimisé le système en ajustant les conditions catalytiques et la quantité relative de chaque déshydrogénase. La phosphite déshydrogénase de Pseudomonas stutzeri a été également choisi comme système de régénération du cofacteur nicotinamide adénine dinucléotide réduit (NADH) parmi 4 systèmes de régénération étudiés. L'ensemble du système a été encapsulé dans des nanocapsules poreuses de silice qui a permis d'augmenter 15 fois les productivités en méthanol. Nous avons montré que les dernières limitations rencontrées, comme la disponibilité du CO2 et l'accumulation du méthanol, peuvent être dépassées en mettant en place un système catalytique en flux continu en phase gaz. / The decline of oil production, linked with the decrease of carbon feedstock for chemical synthesis leads scientist to find new sources of carbon for the chemical industry. Use of carbon dioxide would help to reduce the greenhouse gas emissions while providing a renewable feedstock of C1 molecular building blocks. By reversing the biological metabolic reaction pathway of three dehydrogenase, we carried out multistep multienzyme biosynthesis of methanol from CO2 using formate dehydrogenase from Candida Boidinii, formaldehyde dehydrogenase from Pseudomonas Putida and alcohol dehydrogenase from Saccacharomyces cerevisiae. We improved the system active by adjusting the catalytic conditions and the relative quantity of each dehydrogenase. Phosphite dehydrogenase from Pseudomonas stutzeri was also chosen among 4 different studied systems to be introduced into the catalysis as a cofactor regenerating system for reduced nicotinamide adenine dinucleotide. The enzymatic system was then immobilized by encapsulation into novel phospholipid templated silica nanocapsules, allowing an increase of the methanol productivity by a factor 15. We show that the last limitation of the process as substrate availability and product accumulation can be overcome by running continuous enzymatic flow conversion in a gas phase.

Nous proposons dans le cadre de ce travail de thèse, une nouvelle approche de la détection non invasive de l’alcoolémie sanguine à l’aide de microcapteurs d’éthanol à base de SnO2. Cette méthodologie se base sur une détection indirecte de l’alcoolémie sanguine par une mesure des vapeurs d’éthanol émises par la perspiration cutanée suite à une consommation d’alcool. Afin de valider cette approche, il a fallu dans un premier temps démontrer la pertinence et la faisabilité de cette méthodologie de détection par la réalisation d’essais cliniques pilotes en collaboration avec une équipe médicale d’étude pharmacologique du CPCET Marseille. Les différentes mesures du taux d’éthanol réalisées dans les fluides biologiques tels que le sang et l’air expiré ont pu être précisément corrélées avec les mesures de vapeurs d’éthanol réalisées à travers la perspiration à l’aide de trois microcapteurs de gaz commerciaux à base d’oxydes métalliques intégrés à un bracelet. Ces dispositifs ont l’avantage d’être sensibles mais pas sélectifs à la nature du gaz détecté. Durant ces travaux, des couches sensibles de SnO2 ont été déposées par pulvérisation cathodique RF magnétron réactive sur un transducteur breveté par notre équipe, intégrant trois capteurs sur une même puce. L’optimisation des paramètres de dépôt et les analyses structurales des couches de SnO2, nous ont permis de réaliser un multicapteur d’éthanol démontrant des performances sous éthanol ; en termes de sensibilité sous atmosphère humide, de répétabilité et de temps de réponses et de recouvrement ainsi que du point de vue sélectivité / A new approach of a noninvasive detection of blood alcohol concentration using ethanol microsensors based on SnO2 Is developed in this work. The methodology is based on an indirect detection of blood alcohol concentration by measuring the ethanol vapor emitted through the skin perspiration after alcohol consumption. In order to validate this approach, first we demonstrated the relevance and the feasibility of this detection method by carrying out pilot clinical trials in collaboration with a medical team of pharmacological study of CPCET Marseille. The different measurements of the ethanol concentration carried out in biological fluids such as blood and exhaled air could be precisely correlated with the measurements of ethanol vapors performed through the perspiration using three commercial gas microsensors based on metal oxides integrated into a bracelet. . These devices have the advantage of being sensitive but not selective to the nature of the gas detected. During this thesis work, sensitive layers of SnO2 were deposited by reactive magnetron RF sputtering on a transducer patented by our team, integrating three sensors on the same chip. The optimization of the deposition parameters and the structural analyzes of the SnO2 layers, allowed us to develop an ethanol multi-sensor demonstrating performances under ethanol; in terms of sensitivity on humidity, repeatability and response and recovery times as well as from the point of selectivity

Les activités R&D dans le domaine d’aéronautique sont actuellement orientées par l’évolution naturelle vers des technologies plus efficaces et durables. La motivation principale de cette tendance est le besoin de résoudre les problèmes liés à la nature de l’industrie très polluante. À cet égard, le développement d’avions plus électriques contribuerait à la réduction de la consommation de combustibles fossiles en intégrant des sources et des convertisseurs d’énergie alternatifs, tels que les piles à combustibles (PàC). Cependant, un système PàC devrait se conformer à des contraintes de fiabilité et de sécurité particulières, d’autant plus que l’environnement aéronautique n’est guère clément : cyclages en pression et en température, ainsi que des forces mécaniques, agissants dans les trois dimensions. Les vibrations et les chocs peuvent notamment entraîner un desserrage brusque ou graduel de la PàC, dégradant ainsi ses performances et pouvant aller jusqu’à une fuite de gaz. Il semble donc important de pouvoir surveiller l’état de serrage mécanique d’une PàC au cours du temps, idéalement de manière non intrusive. Les résultats présentés dans la littérature indiquent que la qualité du serrage mécanique d’une PàC peut être évaluée à travers sa résistance ohmique (Rohm), plus précisément par sa partie électronique (Re-, formée par les résistances des couches de la PàC et les résistances de contact). Dans les conditions nominales de fonctionnement, l’autre partie plus importante de la Rohm – la résistance protonique (RH+, formée par la résistance de la membrane et de l’ionomère) – ne dépend pas de la force de serrage. Cette amalgamation de résistances de natures différentes empêche une extraction de la Re- sans l’utilisation de capteurs invasifs. Par conséquent, l’estimation de la qualité du serrage mécanique d’une PàC n’est pas aisée. Au cours de cette thèse, une méthode de diagnostic préventif in situ capable de détecter la dégradation des conditions de serrage d’une PàC par la modélisation de sa résistance ohmique est proposée. Une étude théorique est d’abord réalisée afin de démontrer que les résistances RH+ et Re- peuvent être séparées de la Rohm totale, à partir de leur dépendance à la température. La méthode de diagnostic est ensuite validée à l’aide de données expérimentales générées lors de la caractérisation de deux PàC à membrane échangeuse de protons : basse et haute température. Quelques divergences entre les valeurs identifiées par l’algorithme et celles rapportées dans la littérature sont observées, néanmoins, elles représentent correctement l’état du serrage mécanique de la PàC. Dans l’ensemble, les résultats sont encourageants dans le but d’estimer la qualité du serrage mécanique d’une PàC à travers l’évolution de RH+ et Re-. / The aeronautical R&D activities are currently shaped by the issues associated with the pollutantrich nature of the industry and the natural evolution towards more effective and sustainable technologies. In this regard, the development of more electric aircraft would contribute to reducing fossil fuel consumption by incorporating alternative sources and converters of energy, such as FCs. However, a FC system would have to comply with particular reliability and safety constraints, especially as the aeronautical environment is not very indulgent: abundant pressure and temperature cycling as well as mechanical loads, varying both in frequency and amplitude, in all three dimensions. Vibrations and shocks can in particular lead to a sudden or gradual loosening of the FC, thus degrading its performance, and possibly provoking a gas leak. It therefore seems important to be able to monitor the tightening state of a FC over time, ideally in a non-intrusive manner. Results reported in the literature indicate that the quality of the mechanical tightening of a FC assembly might be assessed through its ohmic resistance (Rohm), more precisely through its electronic part (Re-, formed by the bulk resistances of FC layers and the interfacial contact resistances). In nominal operating conditions, the second and more dominant part of Rohm – the protonic resistance (RH+, formed by the membrane and ionomer resistances) – does not depend on clamping pressure. This amalgamation of resistances of different natures prevents an easy extraction of Re- without the use of invasive sensors and thus an estimation of the quality of the mechanical tightening of a FC assembly. This thesis proposes an in situ preventive diagnosis method that is capable of detecting the degradation of clamping conditions of a FC through the modelling of its ohmic resistance. A theoretical study is performed and demonstrates that the RH+ and Re- resistances can be separated from the total Rohm, based on their temperature dependence. The proposed method is verified with experimental data generated during the characterization of low and high temperature Polymer Electrolyte Membrane (PEM) single cells. Although some differences between the values identified by the algorithm and those reported in the literature are observed, they correctly depict the behavior of the mechanical tightening of the tested FCs. Overall, the results are encouraging in the aim of monitoring the quality of mechanical tightening of a FC through the evolution of RH+ and Re-.

Les forages polaires profonds contiennent des enregistrements des conditions climatiques du passé et de l'air piégé qui témoignent des compositions atmosphériques du passé, notamment des gaz à effet de serre. Cette archive nous permet de décrypter le rôle des gaz à effet de serre dans les variations climatiques pendant huit cycles glaciaire-interglaciaires, soit l'équivalent de plus de 800 000 ans. Les carottes de glace, comme toute archive paléoclimatique, sont caractérisées par des incertitudes liées aux processus qui traduisent les variables climatiques en proxy, ainsi que par des incertitudes dues aux chronologies de la glace et des bulles d'air piégées. Nous développons un cadre méthodologique, basé sur la modélisation inverse dite Bayesienne et l'évaluation de fonctions complexes de densité de probabilité, pour traiter les incertitudes liées aux enregistrements paléoclimatiques des carottes de glace de manière précise. Nous proposons deux études dans ce cadre. Pour la première étude, nous identifions les probabilités de localisation des points de changement de pente de l'enregistrement du CO2 dans la carotte de WAIS Divide et d'un stack d'enregistrements de paléotempérature a partir de cinq carottes Antarctiques avec des fonctions linéaires par morceaux. Nous identifions aussi les probabilités pour chaque enregistrement individuel de température. Cela nous permet d'examiner les changements de pente à l'échelle millénaire dans chacune des séries, et de calculer les déphasages entre les changements cohérents. Nous trouvons que le déphasage entre la température en Antarctique et le CO2 à probablement varié (en restant inferieur, generalement, à 500 ans) lors de la déglaciation. L'âge des changements de temperature varie probablement entre les sites de carottage aussi. Ce résultat indique que les mécanismes qui reliaient la température en Antarctique et le CO2 lors de la déglaciation pouvaient être differents temporellement et spatialement. Dans la deuxième étude nous développons une méthode Bayesienne pour la synchronisation des carottes de glace dans le modèle inverse chronologique IceChrono. Nos simulations indiquent que cette méthode est capable de synchroniser des séries de CH4 avec précision, tout en prenant en compte des observations chronologiques externes et de l'information à priori sur les caractéristiques glaciologiques aux sites de forage. La méthode est continue et objective, apportant de la précision à la synchronisation des carottes de glace. / Deep polar ice cores contain records of both past climate and trapped air that reflects past atmospheric compositions, notably of greenhouse gases. This record allows us to investigate the role of greenhouse gases in climate variations over eight glacial-interglacial cycles. The ice core record, like all paleoclimate records, contains uncertainties associated both with the relationships between proxies and climate variables, and with the chronologies of the records contained in the ice and trapped air bubbles. In this thesis, we develop a framework, based on Bayesian inverse modeling and the evaluation of complex probability densities, to accurately treat uncertainty in the ice core paleoclimate record. Using this framework, we develop two studies, the first about Antarctic Temperature and CO2 during the last deglaciation, and the second developing a Bayesian synchronization method for ice cores. In the first study, we use inverse modeling to identify the probabilities of piecewise linear fits to CO2 and a stack of Antarctic Temperature records from five ice cores, along with the individual temperature records from each core, over the last deglacial warming, known as Termination 1. Using the nodes, or change points in the piecewise linear fits accepted during the stochastic sampling of the posterior probability density, we discuss the timings of millenial-scale changes in trend in the series, and calculate the phasings between coherent changes. We find that the phasing between Antarctic Temperature and CO2 likely varied, though the response times remain within a range of ~500 years from synchrony, both between events during the deglaciation and accross the individual ice core records. This result indicates both regional-scale complexity and modulations or variations in the mechanisms linking Antarctic temperature and CO2 accross the deglaciation. In the second study, we develop a Bayesian method to synchronize ice cores using corresponding time series in the IceChrono inverse chronological model. Tests show that this method is able to accurately synchronize CH4 series, and is capable of including external chronological observations and prior information about the glaciological characteristics at the coring site. The method is continuous and objective, bringing a new degree of accuracy and precision to the use of synchronization in ice core chronologies.

L'objet principal de cette thèse est l'étude de plusieurs modèles de polynômes aléatoires. Il s'agit de comprendre le comportement macroscopique des racines de polynômes aléatoires dont le degré tend vers l'infini. Nous explorerons la connexion existant entre les racines de polynômes aléatoires et les gaz de Coulomb afin d'obtenir des principes de grandes déviations pour la mesure empiriques des racines. Nous revisitons l'article de Zeitouni et Zelditch qui établit un principe de grandes déviations pour un modèle général de polynômes aléatoires à coefficients gaussiens complexes. Nous étendons ce résultat au cas des coefficients gaussiens réels. Ensuite, nous démontrons que ces résultats restent valides pour une large classe de lois sur les coefficients, faisant des grandes déviations un phénomène universel pour ces modèles. De plus, nous démontrons tous les résultats précédents pour le modèle des polynômes de Weyl renormalisés. Nous nous intéressons aussi au comportement de la racine de plus grand module des polynômes de Kac. Celle-ci a un comportement non-universel et est en général une variable aléatoire à queues lourdes. Enfin, nous démontrons un principe de grandes déviations pour la mesure empirique des ensembles biorthogonaux. / The main topic of this thesis is the study of the roots of random polynomials from several models. We seek to understand the behavior of the roots as the degree of the polynomial tends to infinity. We explore the connexion between the roots of random polynomials and Coulomb gases to obtain large deviations principles for the empirical measures of the roots of random polynomials. We revisit the article of Zeitouni and Zelditch which establishes the large deviations for a rather general model of random polynomials with independent complex Gaussian coefficients. We extend this result to the case of real Gaussian coefficients. Then, we prove that those results are also valid for a wide class of distributions on the coefficients, which means that those large deviations principles are a universal property. We also prove all of those results for renormalized Weyl polynomials. study the largest root in modulus of Kac polynomials. We show that this random variable has a non-universal behavior and has heavy tails. Finally, we establish a large deviations principle for the empirical measures of biorthogonal ensembles.

La thèse porte sur l’enjeu du gaz de schiste au Nouveau-Brunswick. Elle étudie comment il a été transformé en problème public entre 2010 et 2016. Trois groupes historiques du Canada, soit les Mi’kmaq, les Acadiens et les Anglophones, se sont mobilisés contre le développement de l’industrie du gaz de schiste au Nouveau-Brunswick. Ces trois groupes ont investi divers médias afin de faire valoir leurs préoccupations. L’enjeu du gaz de schiste fut construit de façon différente par les trois groupes, et a aussi évolué de façon distincte une fois qu’il a traversé le filtre des médias d’information provinciaux. La thèse a été réalisée par le moyen d’entretiens avec les acteurs clés de la mobilisation populaire ayant émané du comté de Kent au Nouveau-Brunswick et avec les journalistes de la province ayant couvert ces événements. Une analyse de contenu des médias de la province a aussi été effectuée. L’étude de cas comparative proposée dans cette thèse met en lumière le processus de construction d’un problème public. Entre autres, la recherche prend appui sur les concepts de public, d’espace public et de problème public pour étudier le débat sur l’enjeu du gaz de schiste tel qu’il est apparu dans l’espace public néo-brunswickois. La thèse s’inscrit également dans trois champs sociologiques, soit la sociologie des rapports sociaux et des relations interethniques et l’intersectionnalité; la sociologie de l’environnement; et les études sur les médias des minorités. La recherche montre que les trois groupes du comté de Kent ont utilisé des stratégies conjointes, mais distinctes pour arriver à leurs fins. Ces stratégies étaient influencées de façon toute spéciale par leur « préhistoire ». Les groupes ont aussi dirigé leur action vers des publics spécifiques et ils ont ciblé des espaces publics (dont des médias d’information) qui ont joué divers rôles pour eux tout au long de la lutte. Enfin, chacun a cadré différemment le problème public du gaz de schiste. Les publics acadien et anglophone en ont parlé comme d’un problème environnemental et le public Mi’kmaw comme d’un problème lié aux droits ancestraux, aux traités, à la consultation et à la corruption. Dans l’espace public, la construction du problème public se poursuit selon des considérations qui sont différentes de celles des publics, et propres à chacun des médias dont il est question. Les journalistes font face à des contraintes et se basent aussi sur des idéaux de la profession pour faire leur travail. Au fil du temps, nous pouvons observer le problème public naître, se transformer, puis disparaître de l’espace public néo-brunswickois. Le problème public a évolué en passant d’une discussion sur des enjeux (économiques et environnementaux) à une discussion sur des actions (des manifestants, puis des politiciens).