Cette thèse aborde le problème de l'interaction gaz/paroi et des conditions aux limites en écoulement de gaz raréfié. Les écoulements dans les microsystèmes et les écoulements autour des engins spatiaux en rentrée atmosphérique ont démontré l'insuffisance des concepts utilisés dans la formulation des conditions aux limites hydrodynamiques existantes. Dans ce travail, nous avons élaboré, dans un premier temps, des modèles<br />de conditions aux limites cinétiques, en développant de manière originale la théorie de " scattering kernel " bien connue dans le domaine de la recherche de conditions aux limites pour l'équation de Boltzmann. Ces modèles sont développés d'une part pour un gaz monoatomique et d'autre part pour un gaz de molécules complexes. Les démonstrations font appel à des formulations intégrales et à une description basée sur la théorie des opérateurs. Elles introduisent la notion de coefficient d'accommodation<br />propre à chaque degré de liberté. Dans un deuxième temps nous avons utilisé ces conditions aux limites<br />cinétiques pour établir des conditions aux limites hydrodynamiques : saut de température<br />- glissement de vitesse. Nous abordons également le problème de la couche limite cinétique (couche de Knudsen) et de la prédiction du flux de chaleur à la paroi. Finalement ces conditions aux limites sont utilisées pour les calculs de coefficients aérodynamiques et de quelques types d'écoulements particuliers. Les résultats sont comparés à ceux donnés par d'autres modèles, ainsi qu'aux résultats expérimentaux.

This thesis details the development of expertise and tools required for the study of amino acids deposited on Au(111), with a primary focus on the design and testing of a Knudsen cell for controlled deposition of L-cysteine and L-methionine. An ultra-high vacuum preparation chamber designed by Dr. Katie Mitchell and built by Torrovap Industries Inc. was installed. This chamber is connected to the existing scanning tunneling microscopy chamber via a gate valve, and both chambers can operate independently. Various instruments such as a mass spectrometer, quartz crystal microbalance, ion source, and sample manipulator were installed on the preparation chamber. Scanning tunneling microscopy was performed on both homemade and commercial Au(111) thin films. High resolution images of "herringbone" reconstruction and individual atoms were obtained on the commercial thin films, and optimal tunneling conditions were determined. A Knudsen cell was designed to be mounted on the preparation chamber. The Knudsen cell operates over the temperature range 300-400K, with temperatures reproducible to ±0.5K, and stable to ±0.1K over a five minute period. Reproducible deposition rates of less than 0.2Ǻ/s were obtained for both L-cysteine and L-methionine. Electron impact mass spectrometry and heat of sublimation measurements were performed to characterize the effusion of L-cysteine and L-methionine from the Knudsen cell. The mass spectrometry results suggest that L-cysteine was decomposing at 403K while L-methionine was stable during effusion. Heats of sublimation of 168.3±33.2kJ/mol and 156.5±10.1kJ/mol were obtained for L-cysteine and L-methionine respectively.

This thesis details the development of expertise and tools required for the study of amino acids deposited on Au(111), with a primary focus on the design and testing of a Knudsen cell for controlled deposition of L-cysteine and L-methionine. An ultra-high vacuum preparation chamber designed by Dr. Katie Mitchell and built by Torrovap Industries Inc. was installed. This chamber is connected to the existing scanning tunneling microscopy chamber via a gate valve, and both chambers can operate independently. Various instruments such as a mass spectrometer, quartz crystal microbalance, ion source, and sample manipulator were installed on the preparation chamber. Scanning tunneling microscopy was performed on both homemade and commercial Au(111) thin films. High resolution images of "herringbone" reconstruction and individual atoms were obtained on the commercial thin films, and optimal tunneling conditions were determined. A Knudsen cell was designed to be mounted on the preparation chamber. The Knudsen cell operates over the temperature range 300-400K, with temperatures reproducible to ±0.5K, and stable to ±0.1K over a five minute period. Reproducible deposition rates of less than 0.2Ǻ/s were obtained for both L-cysteine and L-methionine. Electron impact mass spectrometry and heat of sublimation measurements were performed to characterize the effusion of L-cysteine and L-methionine from the Knudsen cell. The mass spectrometry results suggest that L-cysteine was decomposing at 403K while L-methionine was stable during effusion. Heats of sublimation of 168.3±33.2kJ/mol and 156.5±10.1kJ/mol were obtained for L-cysteine and L-methionine respectively.

The main objective of this dissertation is to quantify petrophysical properties of conventional and unconventional reservoirs using a mechanistic approach. Unconventional transport mechanisms are described from the pore to the reservoir scale to examine their effects on macroscopic petrophysical properties in hydrocarbon-bearing organic shale. Petrophysical properties at the pore level are quantified with a new finite-difference method. A geometrical approximation is invoked to describe the interstitial space of grid-based images of porous media. Subsequently, a generalized Laplace equation is derived and solved numerically to calculate fluid pressure and velocity distributions in the interstitial space. The resulting macroscopic permeability values are within 6% of results obtained with the Lattice-Boltzmann method after performing grid refinements. The finite-difference method is on average six times faster than the Lattice-Boltzmann method. In the next step, slip flow and Knudsen diffusion are added to the pore-scale method to take into account unconventional flow mechanisms in hydrocarbon-bearing shale. The effect of these mechanisms is appraised with a pore-scale image of Eagle Ford shale as well as with several grain packs. It is shown that neglecting slip flow in samples with pore-throat sizes in the nanometer range could result in errors as high as 2000% when estimating permeability in unconventional reservoirs. A new fluid percolation model is proposed for hydrocarbon-bearing shale. Electrical conductivity is quantified in the presence of kerogen, clay, hydrocarbon, water, and the Stern-diffuse layer in grain packs as well as in the Eagle Ford shale pore-scale image. The pore-scale model enables a critical study of the [delta]LogR evaluation method commonly used with gas-bearing shale to assess kerogen concentration. A parallel conductor model is introduced based on Archie's equation for water conductivity in pores and a parallel conductive path for the Stern-diffuse layer. Additionally, a non-destructive core analysis method is proposed for estimating input parameters of the parallel conductor model in shale formations. A modified reservoir model of single-phase, compressible fluid is also developed to take into account the following unconventional transport mechanisms: (a) slip flow and Knudsen diffusion enhancement in apparent permeability, (b) Langmuir desorption as a source of gas generation at kerogen surfaces, and (c) the diffusion mechanism in kerogen as a gas supply to adsorbed layers. The model includes an iterative verification method of surface mass balance to ensure real-time desorption-adsorption equilibrium with gas production. Gas desorption from kerogen surfaces and gas diffusion in kerogen are the main mechanisms responsible for higher-than-expected production velocities commonly observed in shale-gas reservoirs. Slip flow and Knudsen diffusion marginally enhance production rates by increasing permeability during production. / text

Dans la présente étude, la conductivité thermique et le module d'élasticité de revêtementsd'YPSZ élaborés par projection plasma ont été prédits par modélisations numériques 2D et3D de type différences finies et éléments finis.L'influence de la résolution d'image, de la taille et de la valeur du seuil sur les propriétésprédites du revêtement a été étudiée. En outre, les effets de la méthode numérique et du typede condition aux limites ont été étudiés. En particulier, la quantification de l'effet Knudsen(effet de raréfaction) sur le transfert de chaleur à travers une structure poreuse a été réaliséepar modélisation numérique en combinaison avec l'analyse d'image. Les conductivitéseffectives obtenues par modélisation 3D s'avèrent plus élevées que celles obtenues en 2D, etaussi en meilleur accord avec les résultats mesurés. Une corrélation 2D/3D a été trouvéepour la modélisation de la conductivité thermique : cette corrélation permet de prédire lesvaleurs 3D à partir des valeurs calculées en 2D.

Beginning with reclamation projects in the western U.S., the heavy construction industry helped the federal government grow in size and sophistication in the twentieth century. The Morrison-­Knudsen Corporation throughout the twentieth century represented one of the federal government's favored contractors. Following western reclamation projects, the U.S. federal government then used contractors to help move the U.S. economy out of the Depression, prepare for World War II, wage the Cold War at home and abroad, and win the space race. Thus, at key stages in United States history we observe the necessity of the U.S. federal government partnering with the heavy construction industry to achieve its policy objectives at home and abroad. Morrison-Knudsen was once the largest heavy contractor in the United States, participating in the construction of Hoover Dam, Pacific Naval Air Bases, Hanford Engineering Works, the U.S. Intercontinental Ballistic Missile System, and the Vehicle Assembly Building at the Kennedy Space Center.

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Ce travail de thèse porte sur l'étude expérimentale, numérique et théorique des écoulements isothermes dans les microtubes et les microcanaux pour différents gaz. Le volet proprement expérimental porte sur la mesure des débits. Ce volet est complété d'abord par la mise en oeuvre d'une méthode de Monte Carlo permettant d'atteindre le profil des vitesses dans des sections choisies. Ces résultats sont comparés a ceux donnés par différentes approches théoriques et numériques : approche NS continue en régime de glissement, approches cinétiques (Boltzmann linéarisé, BGK) en régime transitionnel ou en régime moléculaire libre. A travers ces comparaisons on détermine notamment le domaine de validité du régime de glissement (premier et second ordre), des valeurs du coefficient d'accommodation de la composante tangentielle de la quantité de mouvement, les valeurs du coefficient du second ordre en régime de glissement ainsi que les grandeurs dont il dépend. On analyse aussi le comportement asymptotique de l'écoulement (débit) quand le nombre de Knudsen devient très grand.

La miniaturisation des composants dans la micorélectronique touche maintenant les composants passifs comme les capacités MIM (Métal/Isolant/Métal). Pour augmenter la densité de capacité des capacités MIM, les diélectriques conventionnels (SiO2, ε = 3.9) sont remplacés par des diélectriques à haute permittivité diélectrique dits « high-k » comme ZrO2. Sa permittivité ε est égale à 47 lorsqu'il se trouve sous la phase tétragonale. Le procédé de dépôt de ZrO2 est la méthode PEALD. Nous avons étudié le procédé de dépôt de ZrO2 avec les précurseurs TEMAZ et ZyALD. Les propriétés thermodynamiques du TEMAZ ont été analysées par spectrométrie de masse. L'influence des paramètres du procédé PEALD et de post-traitements sur les mécanismes de formation de la zircone tétragonale a été étudiée. De nombreuses méthodes de caractérisation (XRD, Raman, TEM, SIMS, XPS, caractérisations électriques...) ont été employées afin d'établir un optimum propriétés des films de ZrO2 / performance du procédé de dépôt.

Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma.<br /><br />La première partie introduit et analyse la méthode.<br /><br />La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus.<br /><br />Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe.