Thèse de doctorat : Structure et Dynamique des Systèmes réactifs : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille) : 3339. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 134-147.

Thèse de doctorat : Optique et lasers - Physico-chimie - Atmosphère : Lille 1 : 2008. / N° d'ordre : 4171. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 179-187. 142 réf.

Thèse de doctorat : Sciences de la terre : Tours : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3618. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3927. Une publication en anglais reproduite en annexe. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 267-280.

Le biogaz fait partie des stratégies de diversifications des énergies renouvelables à l'échelle européenne. Un des freins technico-économiques à la valorisation en moteur thermique est la formation de dépôts abrasifs résultant de la combustion d'impuretés contenues dans les biogaz notamment les Composés Organiques Volatils du Silicium (COVSi communément appelés siloxanes) qui pénalisent le fonctionnement et les coûts de maintenance associés. L'impact négatif sur la filière est conséquent, de même que celui du sulfure d'hydrogène (H2S). Les recherches, articulées en 3 axes, sont développées avec la volonté de prendre en compte la réalité industrielle : -Analyse de dépôts moteurs prélevés sur plusieurs sites industriels. Ils sont caractérisés par analyses élémentaire, diffraction des rayons X, microcalorimétrie et microscopie électronique. L'objectif est de réfléchir à la possibilité d'utiliser les caractéristiques physico-chimiques d'un dépôt comme un indicateur de la qualité du biogaz dont il est issu. -Comparatif de deux méthodes d'analyses des COVSi, non seulement concernant les biais analytiques liés à la nature même des composés, mais aussi sur les difficultés liées aux prélèvements de biogaz sur site. Les résultats permettent d'appréhender les valeurs absolues des résultats analytiques avec plus de recul et de les pondérer. -Evaluation de traitements épuratoires du biogaz vis-à-vis des COVSi et d'H2S. Un comparatif des performances de plusieurs charbons actifs est réalisé au laboratoire en conditions contrôlées, et sur le terrain. Un réacteur de traitement gaz-liquide est testé sur biogaz réel pour en apprécier les performances vis-à-vis de certains COVSi. L'ensemble de cette étude permet de réfléchir sur la pertinence du choix des critères de qualité d'un biogaz, mais aussi sur les méthodes analytiques d'évaluation de ces critères. Ce dernier point est fondamental pour toute mise en œuvre et dimensionnement d'un système de traitement épuratoire.

Avec l'augmentation de niveau de vie des populations, de plus en plus déchets urbains sont produits chaque jour en grande quantité. Ces déchets non seulement occupent une place importante mais dégradent l'environnement en particulier parce qu'ils contiennent divers polluants, qui peuvent porter atteinte à la santé humaine. Le compostage permet aux déchets urbains d'être recyclés en transformant la matière organique en engrais pour les sols agricoles. Par ailleurs, ce procédé peut aussi être utilisé comme méthode de biorestauration pour les sols pollués. Les modèles mathématiques sont des outils qui permettent de comprendre et éventuellement de modifier le processus de compostage. Ils pourraient également prédire la stabilité des produits issus du compostage et quantifier la nocivité des polluants qu'ils contiennent. L'objectif dans cette étude était de construire un modèle décrivant la dynamique des micropolluants organiques au cours du compostage et paramétrer le modèle sous l'interface de MATLAB. Ce modèle peut être utilisé selon les besoins des usagers avec 3 modules: le module de carbone organique, le module de polluants organiques et le module de couplage. Afin de calibrer et valider notre modèle, un ensemble de données de 12 différents mélanges de déchets et 4 différents types de polluants ont été utilisés. Pour l'application de la technique de compostage dans le domaine de la bioremédiation des sols contaminés, une expérience de compostage en laboratoire a été conçue dans lequel les déchets urbains organiques ont été mélangés avec un sol contaminé par des HAP. Nous avons étudié la dynamique des matières organiques, des micropolluants organiques et des populations microbiennes. Les résultats ont montré que la quantité des HAP dégradée a été de 50-60% lorsque le sol est composté avec des déchets organiques. En outre, des populations microbiennes successives ont été observées pendant le processus de compostage. Ces résultats expérimentaux ont été simulés par notre modèle afin de tester sa capacité dans un système sol-compostage. Cependant, quelques questions de recherches se posent encore: en ce qui concerne la modélisation, la simulation des substrats organiques solubles n'est pas assez bonne, ce qui est probablement dû à des limites sur l'étude des caractéristiques biochimiques des fractions organiques soluble; par ailleurs, seule la fonction température a été considérée comme facteur de l'environnement dans notre modèle, des limitations dues à l'l'humidité ou à l'oxygène, par exemple, doivent être étudiées dans des études ultérieures. L'activité microbienne pendant chaque phase de dégradation des HAPs n'a pas encore été assez clairement établie pour être incorporée dans notre modèle.

Les composés semi-volatils, organiques et inorganiques, sont présents dans tous les compartiments de l'environnement. Bien que la plupart soit d'origine anthropique, une partie peut être produite naturellement (certains HAP et métaux). Du fait de leur persistance et de leur faible dégradabilité, ces polluants sont transportés, dans l'atmosphère, à plus ou moins longue distance de leurs sources d'émission, se déposent dans différents médias (végétation, eau, sol), où ils sont stockés temporairement ou définitivement. Par l'intermédiaire de cycles géochimiques (succession de dépôts-émission), ils contaminent l'ensemble de l'environnement, y compris les milieux les plus reculés. Le travail réalisé a permis d'étudier la spéciation et le devenir des polluants à l'interface sol-air, en plaine et en zone de montagne. Une triple approche a été menée pour définir le rôle du sol dans le piégeage ou la volatilisation des polluants. La première partie du travail a consisté à déterminer, en microcosme, les principaux paramètres contrôlant les émissions des sols de montagne, dont la température, l'humidité de l'air, la teneur en matière organique et la fraction en eau du sol. À partir de ces mesures, une approche thermodynamique a permis de prédire le mécanisme de transfert des HAP en fonction des propriétés physicochimiques des composés ciblés et des sols. En parallèle, des essais de terrain ont permis : (i) de préciser la nature des polluants rencontrés dans l'air et les sols de chaque site ; (ii) de déterminer le mode de contamination ; (iii) d'estimer la variabilité saisonnière des échanges à l'interface sol-air. Un nouveau préleveur a été développé pour estimer les émissions des composés volatils des sols en phases particulaire et gazeuse. Des bilans matières ont été établis pour préciser le rôle du sol. Une dernière approche par modélisation finalise le travail. A partir des mesures réalisées sur le terrain et en laboratoire, deux modèles, SOIL et LEVEL, ont été utilisés permettant de : (i) de prédire la répartition d'un composé dans l'environnement ou dans les fractions du sol ; (ii) d'estimer les voies de perte et d'échanges entre le sol et l'atmosphère. Ces simulations ont finalement été comparées aux données expérimentales pour vérifier la validation.

Le milieu nuageux est un milieu complexe au sein duquel un grand nombre d'espèces chimiques peuvent être transformées. Dans ce cadre, la caractérisation chimique et la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages ont été étudiées. La caractérisation chimique de la phase aqueuse des nuages a permis de montrer que les masses d'air échantillonnées au sommet du puy de Dôme sont majoritairement sous trois influences distinctes, à savoir océanique, continentale et anthropique. La distribution des paramètres physicochimiques et des composés inorganiques est dépendante du type de masses d'air échantillonnées. De plus, la quantification des acides carboxyliques et des aldéhydes a permis de mettre en avant la complexité de la matière organique avec la présence d'une multitude de composés encore non identifiés. L'étude de la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages a également été réalisée, montrant que la capacité photooxydante de la phase aqueuse des nuages ainsi que les vitesses de dégradation de différentes espèces chimiques sont plus importantes pour les masses d'air polluées. Pour la première fois, des vitesses de photoproduction des radicaux hydroxyles ont été évaluées dans la phase aqueuse des nuages, montrant que les ions nitrates et le peroxyde d'hydrogène sont des sources photochimiques majeures des radicaux hydroxyles (représentant jusqu'à 80 % de leur photoproduction totale).

Dans cette thèse, nous présentons l’étude et la réalisation de micro-capteurs pour les systèmes de gestion des risques naturels. Le cahier des charges était centré sur les possibilités de concevoir des capteurs de polluants pour la surveillance des zones lagunaires dans le sud montpelliérain. Ces capteurs devaient être conçus dans une démarche « faible coût », résistant aux contraintes du milieu et pouvant communiquer et temps réel. Le premier chapitre s’appuie sur une étude bibliographique des différentes méthodes de mesures qui peuvent être utilisées pour faire de la détection de polluants et des matériaux potentiels pour réaliser le capteur. La technique de mesure la plus appropriée pour répondre aux deux premiers points du cahier des charges s’appuie sur la réalisation de transducteurs acoustiques à base de PZT en envisageant un processus technologique basé sur la technique de sérigraphie. Après avoir justifié notre choix de la technique de dépôt par sérigraphie, nous avons détaillé dans le second chapitre le processus technologique, en commençant par la réalisation de l’encre PZT, puis par le dessin des masques et pour finir nous avons détaillé les étapes de dépôt et de fonctionnalisation des transducteurs sur substrat d’alumine et sans substrat. A partir de ces premières réalisations, nous avons présenté les moyens et outils de caractérisation nécessaires pour pouvoir évaluer les différentes étapes du processus technologique mis en place, avec une attention particulière portée sur la qualité du matériau PZT et sur ses propriétés piézoélectriques. Il s’agit d’une part d’études morphologiques (images MEB, profilomètre) et structurelles (diffraction X, EDX) et d’autre part de la mesure des grandeurs piézoélectriques et diélectriques (piézomètre, analyses spectrales et d’impédances). Dans le troisième chapitre nous avons abordé le volet système de cette étude, avec la réalisation de prototypes basés sur les transducteurs sérigraphiés développés au chapitre 2. Les capteurs réalisés ont été testés et étalonnés avec des solutions d’éthanol et de toluène. Pour cela les capteurs sérigraphiés ont été testés sur des bancs expérimentaux afin de valider la technique de la mesure du temps de vol des ondes acoustiques. Dans l’optique de la miniaturisation et de l’intégration du système nous avons mis en place une électronique de commande embarquée à l’aide d’un module dédié. Enfin, pour pouvoir affiner les mesures, nous avons vu que nous pouvions envisager de croiser/corréler plusieurs paramètres. C’est ainsi que nous avons développé un capteur sérigraphié pour la mesure de la conductivité électrique en milieu aquatique. A partir des premiers résultats expérimentaux obtenus nous avons pu valider le principe de la méthode. Dans le quatrième et dernier chapitre de ce manuscrit, nous avons présenté les toutes premières études et réalisations sur la technologie LTCC. En reprenant les paramètres du processus utilisés lors des dépôts sur substrat d’alumine, nous avons réalisé et caractérisé des transducteurs déposés sur une feuille de céramique LTCC. Les premières caractérisations morphologiques et piézoélectriques sont encourageantes et les premiers tests acoustiques ont montré que la génération d’ondes acoustiques était tout à fait possible et qu’une utilisation en vue de la réalisation de capteurs de polluants était envisageable avec cette technologie. Enfin, nous avons pu réaliser une première structure 3D intégrant une cavité d’analyse. Là encore les débuts sont très prometteurs même s’il reste encore beaucoup de travail de « réglage » pour améliorer cette technologie. De plus, cette première réalisation 3D, ouvre de nombreuses perspectives au niveau de l’équipe en vue du développement de nouveaux capteurs. / In this thesis, we introduce the study and implementation of micro-sensors for natural risk management systems. The specification focused on the possibilities to develop a pollutant sensor capable of detecting the presence of hydrocarbons in the lagoon environments of southern Montpellier.These sensors should be designed in a "low cost" gait, resistant to environmental constraints and able to communicate in real time. The first chapter is based on a bibliographical study of the different methods of measurement that can be used for the detection of pollutants and potential materials for making the sensor. The most suitable measurement technology to answer the first two points of the specification is based on the implementation of acoustic transducers made from PZT with a technological process using the screen-printing technique. After justifying our choice of screen-printing deposition technique, we have detailed in the second chapter the technological process: first with the achievement of PZT ink, then with the masks design, and finally with the steps deposition and functionalization of transducers on alumina substrate and without substrate. From these first achievements, we have submitted the means and characterization tools needed to evaluate the different steps of the technological process set up with a focus on the quality of the PZT material and its piezoelectric properties. It is first about morphological (SEM images, profilometer) and structural (XRD, EDX) studies, and then about the measurement of piezoelectric and dielectric values (piezometer, spectral and impedance analyses). In the third chapter we discussed the sensor, with the production of prototypes based on screen-printed transducers developed in Chapter 2. The sensors were tested and calibrated with solutions of ethanol and toluene. For this, the screen-printed sensors were tested in experimental benches to validate the measurement technique of the acoustic waves time of flight. In view of the miniaturization and the integration of the system, we have set an electronic control board with a dedicated module. Finally in order to improve the measurements, we have shown that we could consider crossing/correlating several parameters. Thus, we have developed a screen-printed sensor for the measurement of the electrical conductivity in aquatic environment. From the first experimental results we validated the principle of the method. In the fourth and final chapter of this manuscript, we presented the first studies and achievements on the LTCC technology. By repeating the process parameters used during deposition on alumina substrate, we realized and characterized transducers placed on on a LTCC ceramic sheet. The first morphological and piezoelectric characterizations are encouraging, and the first acoustic tests have shown that the generations of acoustic waves, and a use for the production of sensors of pollutants were possible with this technology. Finally we have been able to achieve a first 3D structure incorporating an analysis cavity. Here again, results are very encouraging, although "adjustments" are needed to improve the technology. Also this 3D realization opens up many opportunities for the team to develop new sensors.