La pile à combustible transforme l'énergie chimique en énergie électrique grâce à un empilement de différentes structures lamellaires. Des phénomènes mécaniques présents aux interfaces agissent de manière plus ou moins directe sur les performances et la durée de vie de la pile. Nous avons montré que la précompression par boulons tirants pendant l'assemblage, la déformation de la couche de diffusion gazeuse (GDL), le contact et la configuration de la plaque bipolaire (BPP) avaient des influences importantes sur la résistance de contact, la porosité et la perméabilité de la pile. La résistance de contact est déterminée par la zone de contact et la pression de contact. La porosité et la perméabilité sont liées à la déformation aux interfaces. Le contact entre les différentes structures a un rôle majeur dans le fonctionnement de la pile. Ce problème a été modélisé par la méthode des éléments finis. Différents paramètres de la pile comme la précompression, la structure géométrique des dents de la plaque BPP ou encore la porosité de la GDL ont été étudiés et ont permis de connaître l'état de contact ainsi que les déformations dans les structures. L'influence de certains paramètres sur les résultats mécaniques de la pile a ensuite été abordée. L'objectif de cette étude est de fournir des valeurs optimales de ces paramètres pour obtenir la meilleure performance possible de la pile. / The fuel cell transforms chemical energy to electrical power sources through a stack of different planar structures. Mechanical phenomena presented on the multi-contact interface acts more or less the fuel cell's performance and lifetime. We have shown that the pre-load by stacking bolts, the deformation of the gas diffusion layer (GDL), the contact and the configuration of the bipolar plate (BPP) had influences on the contact resistance, the porosity and the permeability of the fuel cell. The contact resistance is determined by the contact area and contact pressure. The porosity and permeability are related to the interfacial deformation. The contact between the different structures has a major role in the fuel cell operation. This problem is solved by the finite element method. Various parameters of the fuel cell as the pre-load, the geometric structure of teeth of BPP as well as the porosity of the GDL were studied and allowed to know the contact behavior and the deformation. The influence of some parameters on the mechanical results of fuel cell stack was then tackled. The purpose of this study is to provide optimum values of these parameters to obtain the best performance of fuel cells.

Ce travail est développé dans un contexte de bioraffinage de produits issus de microalgues. L’objectif principal était d’étudier la filtration membranaire de lipides produits par des microalgues ainsi que de comprendre les phénomènes physicochimiques pouvant avoir lieu à l’interface liquide-liquide lors de la séparation. Pour cela, trois axes de recherche ont été suivis. Initialement, sur la base de la caractérisation d’un broyat réel de la microalgue P. kessleri, cultivée en conditions de carence en azote, un mélange synthétique constitué d’une émulsion d’huile dans l’eau a été préparé. Une composition spécifique a été définie et un protocole d’émulsification a été établi. Deuxièmement, le comportement des surfactants de l’émulsion à l’interface huile/eau et air/eau a été évalué par la méthode de la goutte pendante et de la balance de Langmuir. La tension interfaciale à l’équilibre, la dynamique d’adsorption (interface huile/eau) et les isothermes de compression (interface air/eau) ont été ainsi déterminées. Finalement, afin d’évaluer la séparation des lipides de l’émulsion par des procédés membranaires, les performances de plusieurs membranes hydrophobes et hydrophiles (polyéthersulfone, polyfluorure de vinylidène, polyacrylonitrile) de micro et ultrafiltration ont été examinées pour la concentration des lipides de l’émulsion préparée. En complément, afin de fournir des éléments permettant d’évaluer le lien entre les propriétés de l’interface huile/eau et les performances de la filtration, l’évolution de la taille de gouttelettes et l’apparition du phénomène de coalescence et de colmatage au cours de la filtration, ont été analysés. / This work is developed within the framework of microalgae biorefinery. The main objective was to study the membrane separation of lipids produced by microalgae and to understand the physicochemical phenomena that can occur at the liquid-liquid interface during separation. To this purpose, three main axis of research were followed. Initially, based on the characterization of a real suspension of ground P. kessleri microalgae, growth under starving nitrogen conditions, a synthetic mixture, consisting of an oil-in-water emulsion, was prepared. A specific composition was formulated and an emulsification protocol was established. Then, the behavior of the surfactants of the emulsion at the oil/water and air/water interface was evaluated using the pendant drop and Langmuir trough methods. The interfacial tension at equilibrium, the adsorption dynamics (oil/water interface) and the pressure isotherms (air/water interface) were determined. Finally, in order to evaluate the separation of the lipids from the emulsion by membrane processes, the performances of several hydrophobic and hydrophilic micro and ultrafiltration membranes (polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile) were assessed for a lipid concentration equivalent to the prepared emulsion. In addition, in order to provide elements allowing to evaluate the link between the properties of the oil / water interface and the filtration performances, the evolution of droplet size and the arising of the coalescence phenomenon and clogging during filtration, were analyzed.

Le travail présenté dans cette thèse vise à contribuer à l'analyse des phénomènes magnéto-mécanique et magnéto-thermique à l'aide de la méthode des éléments finis. Généralement, les problèmes magnéto-mécanique et magnéto-thermique sont constitués de plusieurs sous-problèmes dont la nature physique est différente. En utilisant la stratégie du couplage faible , ces sous-problèmes peut être calculés séparément en utilisant la méthode des éléments finis et donc sur leurs propres maillages afin d'assurer la précision. Pour obtenir une solution précise pour l'ensemble du problème multi-physique, il est très important d'assurer la transmission d'informations entre les sous-problèmes. Dans ce travail , nous étudions les méthodes de la projection. Les formulations de la projection sont données pour l'espaces L2 (scalaire et vectoriel), mais aussi pour H(grad), H(rot) et H(div ) afin d'améliorer la précision sur les dérivés. Une méthode de Petrov-Galerkin est présenté pour remplir l'espace test avec une base bi-orthogonale, qui permet de réduire le coût de calcul des projections L2 Ritz-Galerkin. Les techniques d'implémentation sont également exprimées en détails au niveau de la précision, la rapidité et la simplicité de réalisation. Ensuite avec les formulations énergétiques des champs électromagnétiques, des applications de la projection sont démontrées. La précision et l'efficacité de la projection sont données dans les problèmes multi -physiques. La thèse se termine avec les conclusions et des possibilités pour l'avenir. / The work presented in this thesis aims to contribute to finite element analysis of magneto-mechanical and magneto-thermal phenomena. In general, magneto-mechanical and magneto-thermal problems are made up of subproblems of which the physical nature differs. Using weak-coupling strategies, these subproblems can be calculated separately using finite element methods and thus on their own meshes in order to ensure precision. To obtain a precise solution for the entire problem, it is crucial to ensure the transmission of information between the subproblems. In this work, we study field projection methods on overlapping domains. Field projection formulations are given for classical L2 space, as well as for H(grad), H(curl) and H(div) in order to obtain increased projection accuracy for the distributional derivatives. A Petrov-Galerkin method is presented to fill the test space using a bi-orthogonal basis, in order to reduce the computation cost of L2 or L2 Ritz-Galerkin projections. Practical implementation techniques are also discussed in details for the consideration of accuracy, speed and simplicity of realization. Subsequently, with energy-conserving formulations for electromagnetic fields, applications of mesh-to-mesh projections are demonstrated. The accuracy and efficiency of the presented projection methods are given through multi-physics problems. The thesis closes with some conclusions and possibilities for future work.

Semiconductor lasers (Sls) are very sensitive to external perturbations which may destabilize their steady output. This is particularly striking when the SL is subject to optical feedback, i.e. when part of the light coming out of the laser is reinjected in the cavity after reflection from a distant mirror. For some applications, this is a nuisance that we wish to avoid. But optical feedback may also drive the laser into dynamical regimes which are useful for new applications. In this thesis, we study different problems where an SL is subject to a delayed feedback or to an injected signal. These problems are motivated by recent experiments, technological issues, or particular dynamical phenomena. Specifically, we combine analytical techniques, numerical simulations, and experiments to investigate the bifurcation mechanisms leading to a large variety of oscillatory outputs. The systems that we discuss are an edge-emitting laser with polarization-rotated optical feedback, a two-mode laser with optical injection, a quantum cascade laser with optical feedback, and a semiconductor ring laser with optical feedback. We show that the bifurcations from the steady-states are of primary importance. They not only delimit the stability boundaries of the laser output but they also form the backbone structure of many pulsating waveforms. We investigate these bifurcations in detail in order to find the best operating conditions to observe specific dynamical regimes. Our results highlight laser key parameters that allow their efficient control. / Les lasers à semi-conducteur sont sensibles aux perturbations externes et celles-ci peuvent déstabiliser leur faisceau de sortie d’intensité constante. Ceci est particulièrement marquant quand le laser à semi-conducteur est sujet à un feedback optique, c’est-à-dire quand une partie de la lumière sortant du laser est réinjectée dans sa cavité après réflexion par un miroir distant. Pour certaines applications, cela représente une nuisance que l’on souhaite éviter. Mais le feedback optique peut aussi engendrer des régimes dynamiques utiles pour de nouvelles applications. Dans cette thèse, nous étudions différents problèmes où un laser à semi-conducteur est soumis à un feedback retardé ou à un signal injecté. Nos travaux sont motivés par de récentes expériences, des questions technologiques ou des phénomènes dynamiques particuliers. Nous combinons des techniques analytiques, des simulations numériques ainsi que des expériences afin d’analyser les mécanismes de bifurcation menant à une large variété de régimes oscillants.Nous étudions en premier lieu la dynamique d’un laser à semi-conducteur soumis à un feedback avec rotation de la polarisation. Nous examinons, à la fois théoriquement et expérimentalement, la séquence de bifurcations menant à des oscillations sous forme d’ondes carrées. Nous mettons en évidence une multistabilité entre différentes ondes carrées de périodes spécifiques. Nous introduisons alors un mécanisme de contrôle qui nous permet de sélectionner l’onde carrée désirée. Nous analysons ensuite les frontières de stabilité d’un laser à semi-conducteur à deux polarisations soumis à une injection optique. Nous montrons que si les gains des deux modes de polarisation sont suffisamment proches, un état stationnaire mixte stable peut exister. Nous explorons également les conditions permettant une bistabilité entre un état stationnaire pur et un état stationnaire mixte. Les lasers à cascade quantique sont de nouveaux lasers à semi-conducteur prometteurs qui possèdent une forte tolérance au feedback optique. Nous examinons de façon systématique leur stabilité dans la limite des grands retards. Nous montrons que des instabilités oscillantes sont cependant possibles pour de faibles valeurs du courant de pompe. Le dernier dispositif que nous étudions dans cette thèse est le laser à semi-conducteur en anneau soumis à un feedback optique. Nous identifions le mécanisme de bifurcation, appelé pont de bifurcation, responsable des instabilités oscillantes dans le faisceau de sortie du laser. Ces oscillations sont indésirables pour la plupart des applications impliquant de tels lasers. Nous montrons qu’elles peuvent être évitées en contrôlant la phase du feedback. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse traite de phénomènes de seuils et de modèles d'urnes, en adoptant le point de vue de la combinatoire analytique. On traite ici trois problèmes qui illustrent cette approche: la transition de phase du problème k-sat, les modèles d'urnes triangulaires de Polya-Eggenberger et le modèle de duel de Ok Corral. La transition de phase du problème k-sat se manifeste par le fait la densité d'une formule caractérise de manière presque sûre sa satisfaisabilité. Nos travaux visent à mettre en évidence une partie de ce phénomène et se relient à un modèle d'urne à jets. Le modèle d'urne de Polya-Eggenberger utilise une urne contenant des boules de diverses couleurs, soumises à des règles de pioches et de substitutions. En utilisant une technique de Flajolet-Gabarro-Pekari, nous déterminons la distribution limite de la composition des modèles dits triangulaires. Le modèle de duel de Ok Corral intervient dans une problématique plus générale de Lanchester de gestion des conflits, selon laquelle on cherche à prédire l'issue de duels entre plusieurs forces armées, en environnement aléatoire. Nous utilisons un lien pré-établi entre ce modèle et une urne de type Polya-Eggenberger pour donner de nouvelles expressions des probabilités du modèle et raffiner les résultats récents de Kingman.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Porous media are ubiquitous in our common life : typically, the soil, our skin, our clothes, the coffee filters ... exhibit non-homogeneous properties (their porosity) which allow various fluids to flow across the solid matrix. Exploiting the porous properties of these materials is also frequent in the industry. Indeed, they are present in many application fields such as the forming of composite materials, clean motor devices, filtration systems, oil extraction, mixing devices, biological tissue substitution, etc. The objective of this thesis is to investigate the transport phenomena associated with a wide class of flows in porous media and to analyse more deeply the associated physical effects, as represented by the medium permeability and mechanical dispersion tensors. The present work has been carried out following a three-step strategy. Firstly, we have investigated the theory of transport in porous media and we have developed continuous and micro-macro physical models to represent the principal macroscopic flow effects taking into account the associated application conditions. Then we have studied the numerical solution of the resulting system while an experimental device has been set up in order to validate the entire strategy and the obtained simulation results. Finally, as applications of our developments, we have investigated some industrial flows pertaining to Liquid Moulding Technologies, and also the behaviour of cartilage as a porous medium, with a final comparison of numerical and experimental results.