No description available.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / As the search for ever-higher-speed, greater-density, and lower-power technologies accelerates, so does the quest for devices and methodologies to fulfill the increasingly-difficult requirements for these technologies. A possible means by which this may be accomplished is to utilize superconducting devices and graphene nanoribbon nanotechnologies. This is because superconductors are ultra-low-power devices capable of generating extremely high frequency (EHF) signals, and graphene nanoribbons are nanoscale devices capable of extremely high-speed and low-power signal amplification due to their high-mobility/low-resistance channels and geometry-dependent bandgap structure. While such a hybrid co-integrated system seems possible, no process by which this may be accomplished has yet been proposed. In this thesis, the system limitations are explored in-depth, and several possible means by which superconducting and graphene nanotechnological systems may be united are proposed, with the focus being placed on the simplest method by which the technologies may be hybridized and integrated together, while maintaining control over the intended system behavior. This is accomplished in three parts. First, via circuit-level simulation, a semi-optimized, low-power (~0.21 mW/stage) graphene-based amplifier is developed using ideal and simplified transmission line properties. This system is theoretically capable of 159-269 GHz bandwidth with a Stern stability K >> 1 and low noise figure 2.97 <= F <= 4.33 dB for all appropriate frequencies at temperatures between 77 and 90 K. Second, an investigation of the behavior of several types of possible interconnect methodologies is performed, utilizing hybrid substrates and material interfaces/junctions, demonstrating that an Ohmic-contact superconducting-normal transmission line is optimal for a hybrid system with self-reflections at less than -25 dB over an operating range of 300 GHz. Finally, a unified layout and lithography construction process is proposed by which such a hybrid system could be developed in a monolithic physical system on a hybrid substrate while maintaining material and layout integrity under varying process temperatures.

Le dessalement de l’eau de mer par osmose inverse connait un intérêt croissant depuis une vingtaine d’années afin de répondre aux besoins en eau potable et en eau d’irrigation dans de nombreuses régions dans le monde. Cependant, le bore contenu dans l’eau de mer est incomplètement éliminé par osmose inverse et des concentrations supérieures à la valeur limite de 0,3 mg/ sont obtenues. Dans cette étude, nous présentons des résultats sur l'élimination du bore de l'eau de mer en utilisant une technique hybride de résine échangeuse d'ions/microfiltration sans addition continue de résine. Une membrane de microfiltration en céramique a été utilisée pour retenir la résine échangeuse d'ions dans le réservoir d'alimentation et la boucle de circulation tandis que la solution modèle de bore ou l’eau de mer était continuellement ajoutée. Tout d'abord, des résines fines de taille moyenne 40 - 60 µm ont été obtenues par broyage et tamisage de résines commerciales (Amberlite IRA743, Diaion CRB05 et Purolite S108). Les résines ont ensuite été testées en système batch pour obtenir les cinétiques de sorption et par la technique hybride de sorption/microfiltration pour mesurer les courbes de perçage et le flux de perméat. L'effet de la dose de résine, de la concentration initiale en bore, de la pression transmembranaire et de la taille des pores de la membrane a été étudié. Dans une deuxième partie, l’effet de la taille des particules de résine sur les courbes de perçage en sortie d’une colonne a été déterminé et une comparaison entre les performances d’une colonne et d’un système hybride a été proposée. Dans une dernière partie, les isothermes et cinétiques de sorption expérimentales sont comparées à des équations classiques, et les courbes de perçage en colonne et en système hybride sont modélisées. En conclusion, il est suggéré que le procédé hybride de résine échangeuse d'ions et microfiltration sans ajout continu de résines peut être une technique possible pour l'élimination du bore / The maximum concentration suggested by the World Health Organization is 0.3 mg/L. In this study, we investigated a hybrid process for boron removal from water which associates sorption on ion exchange resin and microfiltration, without continuous resin addition. First, fine resins were obtained by grounding and sieving at 40 and 60 µm commercial resins (Amberlite IRA743, Diaion CRB05 and Purolite S108). The resins were then tested in batch to obtain the kinetics and in the hybrid sorption/microfiltration process to measure breakthrough curves and permeate flux. A ceramic microfiltration membrane was used to retain the ion exchange resin in the feed tank and the circulation loop while the boron solution was continuously added and the permeate collected for analysis. The effect of resin dosage, boron initial concentration, transmembrane pressure and membrane pore size was studied. In a second part, the effect of the size of the resin particles on the breakthrough curves measured at the outlet of a column was determined and a comparison between the performances of a column and a hybrid system are proposed. For the Amberlite IRA743 resin, the overall process was tested: reverse osmosis followed by hybrid sorption/microfiltration. The hybrid process was able to re-duce concentration of bacterial and phytoplankton cells thanks to the steric rejection by the microfiltration membrane, suggesting that the same membrane can be used as a pretreatment before reverse osmosis in a desalination plant. In a final part, the experimental isotherms and kinetics are compared with classical models, and the breakthrough curves obtained with a column and with the hybrid sys-tem are modelised. Overall, it is suggested that the hybrid process of ion exchange resin and microfiltration without continuous addition of resin may be a possible technique for boron removal

Les thématiques liées à l’eau sont un enjeu majeur pour notre environnement. De nombreux procédés de traitement des eaux sont disponibles. Dans ce travail, nous avons développé une alternative au traitement actuel des eaux, de façon à proposer une technologie moins coûteuse, plus facile à opérer et moins consommatrice en produits chimiques.Dans ce cadre, nous avons développé un procédé hybride associant un procédé membranaire de microfiltration à l’oxydation/ précipitation du fer pour le traitement des eaux avec des teneurs élevées en fer fournies par la SONEDE (Société nationale d’exploitation et de distribution des eaux de Sfax, Tunisie).L’étude concerne la précipitation du fer par bullage d’air dans un réacteur couplé à une microfiltration en utilisant plusieurs membranes (commerciale (Kerasep) ou préparées au Laboratoire de Sciences des Matériaux et de l’Environnement (Sfax) à base d’argile, alumine et charbon actif. Deux types d’eaux ont été étudiés : une eau synthétique préparée au laboratoire ayant une certaine concentration en fer dissous et une eau réelle riche en fer provenant d’un forage de la région de Sfax. L’influence des paramètres suivants a été étudiée : concentration initiale en fer, pH et pression transmembranaire. Le procédé a été également évalué pour le traitement de l’eau de forage de la région de Sfax. Pour mieux comprendre le procédé hybride d’aération/MF, des résultats obtenus avec différentes membranes en filtration frontale sont présentés.Dans un objectif d’intensification des procédés, une autre technique de deferrisation est étudiée en considérant un traitement membranaire seul de nanofiltration en appliquant une membrane organique spirale de type NF 2125A (Applied Membranes ®, USA). Les résultats obtenus sont prometteurs en termes de flux de filtration, de rétention en fer et qualité du perméat, conforme aux recommandations de l’OMS.D’un point de vue efficacité, le procédé hybride d’aération/MF donne un flux de perméat plus important que celui issu de la NF. En conclusion, ces deux procédés peuvent s’avérer être des alternatives avantageuses à un procédé classique d’aération suivi d’une filtration sur sable / Water-related issues are a major challenge for our environment. Many processes of water treatment are available. In this work, we have developed an alternative to the current treatment of water, so as to propose a technology less expensive, easier to operate and less consuming chemicals.In this context, we have developed a hybrid process combining a microfiltration membrane process with the oxidation / precipitation of iron for the treatment of water with high iron contents provided by the SONEDE (National Society of Water Exploitation and Distribution Of Sfax, Tunisia).The study concerns the precipitation of iron by bubbling air in a reactor coupled with microfiltration using several membranes (commercial (Kerasep) or prepared at the Laboratory of Materials and Environment Sciences (Sfax) based on clay , Alumina and activated carbon Two types of water have been studied: a synthetic water prepared in the laboratory with a certain concentration of dissolved iron and a real water rich in iron coming from a drilling of the region of Sfax. Parameters were studied: initial iron concentration, pH and transmembrane pressure The process was also evaluated for the treatment of drilling water in the Sfax region. To better understand the hybrid aeration / MF process, results obtained with different membranes in frontal filtration are presented.In order to intensify the processes, another deferrisation technique is studied by considering a single membrane treatment of nanofiltration by applying an organic spiral membrane of type NF 2125A (Applied Membranes ®, USA).The results obtained are promising in terms of filtration flux, iron retention and permeate quality and conform with WHO recommendations. From an efficiency point of view, the hybrid aeration / MF process gives a permeate flow more important than that of the NF. In conclusion, these two processes can prove to be advantageous alternatives to a conventional aeration process followed by sand filtration

La dépollution est aujourd’hui un enjeu majeur pour la protection de l’environnement et un développement durable. Les technologies membranaires et les procédés d’oxydation avancée jouent un rôle de plus en plus important dans le traitement de l'eau que ce soit pour la production d’eau potable que pour le traitement des eaux usées urbaines ou industrielles. La photocatalyse hétérogène est un procédé d’oxydation avancée permettant la génération des espèces très oxydantes comme les radicaux OH•, en présence d’eau et de dioxygène, lors de l’irradiation de certains solides semi-conducteurs au premier rang desquels on retrouve le dioxyde de titane. L’objectif final visé dans cette thèse est le développement de filtres photocatalytiques performants mis en œuvre dans des procédés hybrides couplant séparation et photodégradation. Le mode d’élaboration envisagé pour ces filtres photocatalytiques est basé sur une voie de synthèse en rupture utilisant un polymère biosourcé, la cellulose, à la fois comme réactif (source d’oxygène) et support mécanique pour la croissance de nanoparticules de TiO2 à partir de tétrachlorure de titane. La première partie de la thèse est dédiée à une revue bibliographique qui porte principalement sur les procédés membranaires et hybrides, le dioxyde de titane et ses propriétés photocatalytiques et sur les propriétés chimiques, structurales et microstructurales et l’évolution thermique de la cellulose. Après un descriptif des matériels et méthodes mis en œuvre dans l’étude expérimentale sont d’abord présentés et discutés les résultats obtenus sur la préparation et la caractérisation de poudres purement minérales, à base de TiO2, et de poudres composites TiO2-carbone. L’effet du dopage du TiO2 par différents métaux de transition afin d’améliorer ses propriétés fonctionnelles est ensuite examiné. Une simplification du procédé de synthèse consistant à éliminer tout usage de solvant est exposée dans le chapitre suivant. S’appuyant sur le savoir-faire précédemment acquis en matière de synthèse et sur les performances photocatalytiques préalablement mesurées, le dernier chapitre est consacré aux travaux préliminaires menés sur la préparation de filtres photocatalytiques et sur l’évaluation leurs performances fonctionnelles. / The pollution is definitely a major issue for environmental protection and sustainable development. Membrane technologies and advanced oxidation processes play more and more a key-role in the treatment of water both for the production of drinking water and for the treatment of municipal and industrial wastewaters. Heterogeneous photocatalysis is an advanced oxidation process for generating highly oxidizing species such as OH• in the presence of water and dioxygen, under irradiation of some semiconducting solids like titania (TiO2). The targeted objective for this PhD work is the development of efficient photocatalytic filters to be implemented in hybrid processes coupling separation and photodegradation. The innovative route investigated for preparing such photocatalytic filters is based on the use of a bio-based polymer, i.e. the cellulose, both as reactant (oxygen source) and mechanical support for the growth of titania nanoparticles from titanium tetrachloride. The first part of the thesis is dedicated to a literature review mainly focused on membrane and hybrid processes, on titanium dioxide and its photocatalytic properties and on the chemical, structural, microstructural and thermal behaviour of cellulose. After a description of the experimental procedures, the second part of this manuscript is first dedicated to the presentation and the discussion of the experimental results on the preparation and characterization of pure titania powders and of TiO2-carbon composite powders. The effect of titania doping by different transition metals in order to improve its functional properties is then examined. Simplification of the synthesis process by removing any is described in the next chapter. From the previously developed know-how on synthesis and photocatalytic performance, the last chapter is devoted to preliminary work on the preparation of photocatalytic filters and on the assessment of their functional properties.

Espaços Especulares: articulações entre o real e o virtual é um estudo em artes visuais. O tema principal a partir do qual os trabalhos são baseados é a criação de relações entre espaços reais e espaços virtuais. Dois conceitos operatórios fundamentam a criação das obras: a utilização de reflexões especulares e o site-specific. Esses conceitos serão abordados de duas maneiras distintas: a utilização de espelhos em artes visuais através da noção de Espelho como Dispositivo; já o site-specific será relacionado ao conceito de Estética da Opacidade, ligado à teoria do cinema. O objeto de estudo é composto por dezenove obras criadas no período de 2008 a 2013. São trabalhos produzidos por meio de técnicas híbridas que utilizam procedimentos da arquitetura, computação gráfica e artes visuais. Como metodologia de pesquisa, serão analisados os processos e conceitos operatórios utilizados na produção relacionados com referenciais teóricos e práticos. / Specular Spaces: articulations between the real and the virtual is a study in visual arts. The main theme from which the work is based is creating relationships between real spaces and virtual spaces. Two creative concepts underlie the artistic process: the use of specular reflections and the site-specific. These concepts will be addressed in two different ways: the use of mirrors in the visual arts will be based on the notion of Mirror as a Device, whereas the site-specific is related to the concept of Aesthetics of Opacity, bound to film theory. The object of study is comprised of nineteen artworks created in the period of 2008 to 2013. They are artworks produced by hybrid techniques that utilizes procedures of architecture, computer graphics and visual arts. As a research methodology, the processes and creative concepts will be analyzed related to theoretical and practical examples.

Espaços Especulares: articulações entre o real e o virtual é um estudo em artes visuais. O tema principal a partir do qual os trabalhos são baseados é a criação de relações entre espaços reais e espaços virtuais. Dois conceitos operatórios fundamentam a criação das obras: a utilização de reflexões especulares e o site-specific. Esses conceitos serão abordados de duas maneiras distintas: a utilização de espelhos em artes visuais através da noção de Espelho como Dispositivo; já o site-specific será relacionado ao conceito de Estética da Opacidade, ligado à teoria do cinema. O objeto de estudo é composto por dezenove obras criadas no período de 2008 a 2013. São trabalhos produzidos por meio de técnicas híbridas que utilizam procedimentos da arquitetura, computação gráfica e artes visuais. Como metodologia de pesquisa, serão analisados os processos e conceitos operatórios utilizados na produção relacionados com referenciais teóricos e práticos. / Specular Spaces: articulations between the real and the virtual is a study in visual arts. The main theme from which the work is based is creating relationships between real spaces and virtual spaces. Two creative concepts underlie the artistic process: the use of specular reflections and the site-specific. These concepts will be addressed in two different ways: the use of mirrors in the visual arts will be based on the notion of Mirror as a Device, whereas the site-specific is related to the concept of Aesthetics of Opacity, bound to film theory. The object of study is comprised of nineteen artworks created in the period of 2008 to 2013. They are artworks produced by hybrid techniques that utilizes procedures of architecture, computer graphics and visual arts. As a research methodology, the processes and creative concepts will be analyzed related to theoretical and practical examples.

Espaços Especulares: articulações entre o real e o virtual é um estudo em artes visuais. O tema principal a partir do qual os trabalhos são baseados é a criação de relações entre espaços reais e espaços virtuais. Dois conceitos operatórios fundamentam a criação das obras: a utilização de reflexões especulares e o site-specific. Esses conceitos serão abordados de duas maneiras distintas: a utilização de espelhos em artes visuais através da noção de Espelho como Dispositivo; já o site-specific será relacionado ao conceito de Estética da Opacidade, ligado à teoria do cinema. O objeto de estudo é composto por dezenove obras criadas no período de 2008 a 2013. São trabalhos produzidos por meio de técnicas híbridas que utilizam procedimentos da arquitetura, computação gráfica e artes visuais. Como metodologia de pesquisa, serão analisados os processos e conceitos operatórios utilizados na produção relacionados com referenciais teóricos e práticos. / Specular Spaces: articulations between the real and the virtual is a study in visual arts. The main theme from which the work is based is creating relationships between real spaces and virtual spaces. Two creative concepts underlie the artistic process: the use of specular reflections and the site-specific. These concepts will be addressed in two different ways: the use of mirrors in the visual arts will be based on the notion of Mirror as a Device, whereas the site-specific is related to the concept of Aesthetics of Opacity, bound to film theory. The object of study is comprised of nineteen artworks created in the period of 2008 to 2013. They are artworks produced by hybrid techniques that utilizes procedures of architecture, computer graphics and visual arts. As a research methodology, the processes and creative concepts will be analyzed related to theoretical and practical examples.

L’impact énergétique de la tribologie sur la vie économique et industrielle est important ; diminuer le frottement et l’usure des pièces mécaniques est un véritable enjeu pour des secteurs industriels très divers. Cette étude s’inscrit dans le cadre de la prévention de l’usure d’éléments mécaniques pouvant être soumis à des conditions sévères d’utilisation telles que les hautes températures. La réalisation de revêtements protecteurs céramique-métal est alors particulièrement indiquée afin d’apporter respectivement la résistance à la corrosion induite par les hautes températures avec un alliage adapté, et la résistance à l’usure grâce à la dureté des céramiques. D’autre part, le développement des recherches dans le domaine nanométrique a montré l’intérêt de la diminution de l’échelle sur l’amélioration des propriétés tribologique globales des revêtements. La projection thermique regroupe alors les procédés les plus adaptés à la réalisation de tels revêtements. Dans ce travail, des revêtements multi-composants (céramique-métal) et multi-échelles (micrométrique-nanométrique) sont développés par projection plasma afin de répondre à la problématique de résistance tribologique à haute température. La réalisation des dépôts est mise en œuvre à l’aide d’une torche tri-cathodes (TriplexPro-200) avantageuse pour sa stabilité et les larges possibilités laissées par sa fenêtre opératoire étendue. Les spécificités de cette torche seront étudiées afin d’adapter au mieux le procédé à la réalisation complexe de dépôts à composante multi-échelle. Une démarche innovante de projection hybride associant projection de poudres micrométriques et de suspensions de poudres nanométriques sera alors développée. Les étapes ayant amenées à la réalisation de ces revêtements sont détaillées dans ce travail puis les caractéristiques et le comportement tribologique des dépôts sont finalement étudiés. / Nowadays, tribology has a high energetic impact on economic and industrial areas. Thus, reducing wear and friction of mechanical parts has become a real stakes for various industries. This study is focused on the wear prevention of mechanical parts subjected to severe operating conditions like high temperatures.The realization of protective ceramic-metal coatings is thus particularly appropriated to improve corrosion resistance induced by the high temperatures, with a suitable alloy, and the wear resistance, thanks to the ceramics hardness. Furthermore, researches development in the nanoscale field have shown the interest of scale reduction on the improvement of coatings tribological properties. Thermal spraying is then the most appropriate process for the realization of such coatings.In this work, multi-components (ceramic-metal) and multi-scales (micrometric-nanometric) coatings are developed by plasma spraying in order to give an answer to the high temperature tribological resistance issue. Coatings are realized using a three-cathodes plasma gun (TriplexPro-200) which provides a more stable plasma jet and offers wide possibilities by an extended operating window. First, the special features of this kind of plasma gun will be studied in order to adjust the process to the complex realization of multi-scale coatings. An innovative approach using a hybrid spraying process was thus developed, combining conventional micrometric powder spraying and suspension of nanoscale powders spraying. In a second time, the steps leading to the production of such coatings will be detailed, and finally, their main properties and their tribological behavior will be studied.

La présence de micropolluants organiques dans l’environnement et notamment le milieu aquatique, est devenue une préoccupation grandissante au cours des années. En effet, les micropolluants sont éliminés de façon variable par les différents systèmes de traitement des eaux. Ainsi, les stations d’épuration constituent une voie majeure de dissémination de ces composés dans l’environnement. Ces substances chimiques doivent être suivis et traités car elles peuvent avoir des effets indésirables sur les organismes une fois rejetées dans l’environnement. La biodégradation étant un des mécanismes de transformation dominant pour les micropolluants, les procédés biologiques, et notamment les procédés hybrides (biomasse libre et fixée), semblent pertinents pour les éliminer efficacement. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur la biodégradation de la carbamazépine (CBZ), du diclofénac (DCF) et du diuron (DIU) par des microorganismes sélectionnés en utilisant un bioréacteur hybride. La méthodologie proposée a reposé sur la mise en place de tests de biodégradation en batch afin de sélectionner des microorganismes pertinents pour la dégradation des molécules cibles, avant de travailler avec un bioréacteur hybride. Les souches sélectionnées ont permis de dégrader complètement le DCF en moins de 24 heures et ont montré des résultats encourageants en 72 heures pour les autres composés. L’efficacité des souches a ensuite été évaluée sur des bioréacteurs hybrides prototypes sous différentes conditions. Bien que l’élimination du DCF ait été importante en conditions stériles, la cinétique observée était plus faible. La CBZ et le DIU ont quant à eux été faiblement éliminés. / The occurrence of organic micropollutants in the environment and notably in the aquatic bodies has become a growing concern over the years. Indeed, micropollutants are variably eliminated with different wastewater treatment systems. Thus, wastewater treatment plants represent the main transfer pathways for micropollutants to enter the environment. Among these chemical substances present in the environment at very low concentrations, pharmaceutical compounds and pesticides are of a great concern because of their potential adverse effects to ecosystems. Since biodegradation is one of the predominant transformation pathway for micropollutants, biological processes and notably hybrid processes (combining free and supported biomasses), seem relevant to remove them efficiently. In this work, our interest focuses on the biodegradation of carbamazepine, diclofenac, and diuron by selected microorganisms using a hybrid bioreactor. The methodology developed in this work consisted in the implementation of batch degradation experiments in order to select efficient microorganisms able to break down target molecules, before evaluating their efficiency using a hybrid bioreactor. The selected strains allowed degrading completely diclofenac by a co-metabolism process in less than 24 hours, and showed encouraging results in 72 hours for the other compounds. Then, the efficiency of selected strains has been evaluated using hybrid bioreactors prototypes under different conditions. Even though the removal of diclofenac was very high under sterile conditions, the observed kinetic was lower. Carbamazepine and diuron showed low removal.