Les mousses à cellules ouvertes ont diverses applications industrielles, par exemple pour des échangeurs de chaleur, des réacteurs structurés, la filtration, la catalyse, récepteurs solaires volumétriques en raison de leurs propriétés uniques telles qu'une importante porosité et une surface spécifique élevée. Pour déterminer théoriquement la surface spécifique géométrique et les relations entre les paramètres géométriques de mousses, une corrélation mathématique généralisée a été développée. A cet effet, la géométrie de la tetrakaidecahedron a été utilisé et différentes formes de sections transversales de brins de structures en mousse ont été pris en compte de façon explicite. La corrélation dérivée pour prédire les propriétés géométriques peut facilement être étendue à des formes différentes. Des simulations numériques 3-D à l'échelle des pores ont été réalisées pour étudier la perte de charge et la conductivité effective thermique. L'écoulement du fluide à travers la mousse à cellule ouverte a été réalisé dans trois régimes différents: les régimes de Darcy, transitoire et inertiel. L'importance des propriétés géométriques sur les caractéristiques d'écoulement de fluide et leurs inclusions dans les corrélations proposées pour prédire la perte de charge est discutée. La question « Les paramètres d'Ergun peuvent-ils avoir des valeurs numériques constantes ou non ? » est discutée. Trois différentes corrélations étaient dérivées pour prédire la conductivité thermique effective à la fois isotrope et anisotrope des mousses. Les paramètres géométriques de la matrice de mousse étaient introduits dans les corrélations pour prédire la conductivité thermique effective. / Open cell foams have diverse industrial applications e.g. heat exchangers, structured reactors, filtration due to their unique properties such as high porosity and high specific surface area. In order to theoretically determine the geometric specific surface area and relationships between geometrical parameters of isotropic open cell foams, a generalized mathematical correlation was developed. For this purpose the tetrakaidecahedron geometry was used and different shapes of strut cross-sections of foam structures were taken explicitly into account. The derived correlation to predict geometrical properties can be easily extended to different strut shapes. 3-D numerical simulations at pore scale were performed to study the pressure drop characteristics and effective thermal conductivity. Fluid flow through open cell foam was performed in three different regimes: Darcy regime, transition regime and inertia regime. Importance of geometrical properties on fluid flow characteristics and their inclusion in the proposed correlations for predicting pressure drop is discussed. "Can Ergun parameters have constant numerical values or not" is also extensively discussed. Three different correlations were derived to predict the effective thermal conductivity for both, isotropic and anisotropic open cell foams. Geometrical parameters of foam matrix were introduced in the correlations to predict effective thermal conductivity.

Portrycket är en viktig parameter för att bestämma jordens egenskaper, såsom dränering, permeabilitet och stabilitet (då portrycket har en påverkan på den effektiva spänningen i jorden). Portrycket kan mätas med portrycksmätare men det kan även mätas under ett Cone penetrating test (CPT) med ett s.k. dissipationstest. Fördelar med ett dissipationstest jämfört med traditionell portrycksmätning skulle vara att det skulle spara tid och pengar, då man slipper trycka ner portrycksmätare och sedan vänta på att få portrycket ifrån dem, istället kan portrycket mätas under sondering med CPT.Detta självständiga arbete har som syfte att jämföra portrycksmätningar mellan portrycksmätning med BAT-spets och dissipationstest under CPT-sondering för att se hur bra mätvärden dissipationstester ger och om de eventuellt kan ersätta portrycksmätare. Fältförsöken av metoderna skedde i Uppsalalera, på en tomt i Kungsängen i Uppsala.Två stationer med BAT-spetsar på 5 meter, 7,5 meter och 10 meters djup sattes ner i leran. Sondering med CPT genomfördes sedan, där borren stoppades på samma djup som BAT-spetsarna. CPT:n stoppades på dessa djup i drygt 24 timmar, för att tillåta det generade portrycket som skapades när borren trycks ner i leran att skingras åt sidan. Jämviktsportrycket kommer vara det portryck som finns kvar efter att det generade portrycket har försvunnit. Portrycken från de två olika metoderna jämfördes sedan för att se hur nära dissipationstestet kommer värdena från portrycksmätningen med BAT-spetsarna.Resultatet av dissipationstesterna blev att inga av dem nådde referensvärdena från BAT-spetsarna efter 24 timmar. Beroende på användningsklass ligger dissipationstesterna inom den tillåtna minsta noggrannheten. Dissipationstest är antagligen inte så praktiskt tillämpbart i jordar med låg permeabilitet. / The pore pressure is an important parameter for determining the properties of thesoil, such as drainage, permeability and stability (since the pore pressure has aneffect on the effective stress in the soil). The pore pressure can be measured withpore pressure gauges but it can also be measured during a Cone penetration test(CPT) with a dissipation test. Advantages of a dissipation test compared tomeasurement with traditional pore pressure gauges would be that it would save timeand money, since you don’t have to press down pore pressure gauges and then waitto get the pore pressure from them, instead the pore pressure can be measuredduring probing with CPT.The purpose of this project is to compare pore pressure measurements betweenpore pressure measurements with BAT-tips and dissipation test during CPT probing,to see how good measured values the dissipation tests will provide and if theyeventually can supersede pore pressure gauges for pore pressure measurements.The field tests of the methods were done in Uppsala clay, on a site in Kungsängen inUppsala.Two stations with BAT-tips at 5 meters, 7.5 meters and 10 meters depth wereinstalled in the clay. Probing with CPT was then carried out, by stopping the CPT atthe same depth as the BAT-tips. Measurements with the CPT were done at thesedepths for just over 24 hours, to allow the generated excess pore pressure createdwhen the cone is pushed into the clay to disperse to the sides. The equilibrium porepressure is the pore pressure that remains after the generated pore pressure hasdissipated. The pore pressure from the two different methods was then compared tosee how close the dissipation test results were to the values from the pore pressuremeasurements with the BAT tips.The result of the dissipation tests was that none of them reached the referencevalues from the BAT-tips after 24 hours. Depending on the chosen application class,the dissipation tests are within the permitted minimum accuracy. Dissipation tests areprobably not practically applicable to soils with low permeability.

Le zinc est un métal, membre des éléments trace dont le rôle protecteur contre l’ischémie-reperfusion myocardique a été suggéré. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le mécanisme par lequel le zinc procure cette protection. Nous avons utilisé des cultures cellulaires de cardiomyoblastes de rat, des cardiomyocytes isolés de rat, des mitochondries isolées ainsi qu’un modèle de cœur isolé perfusé de rat. Nous avons montré que l'administration de zinc au début de la reperfusion permet de diminuer la mort cellulaire sur un modèle d’ischémie-reperfusion simulée. Nous avons montré que l’administration de zinc entraine l’activation de la cascade des kinases de survie (PI-3K/Akt), l’inhibition de GSK-3β et celle de l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondrial. Nous avons ensuite montré qu’en présence de zinc, l’activation d’Akt provenait d’une inhibition de certaines phosphatases et d’une activation du domaine tyrosine kinase du récepteur IGF-1. Nos derniers travaux ont eu pour but de préciser le rôle du zinc suite à l'activation des récepteurs à adénosine. / Zinc is a member of the family of the metal trace elements and its role in the protection against lethal reperfusion injury has been strongly suggested. The aim of the present work was to determine the molecular mechanisms involved in zinc cardioprotection. We have used cultured rat cardiomyoblasts, isolated rat cardiomyocytes, isolated mitochondria and isolated perfused rat heart. We demonstrated that zinc given at reperfusion, limits cell necrosis in a model of simulated ischemia-reperfusion. Administration of zinc results in activation of the reperfusion-injury salvage kinases pathway (PI-3K/Akt), inhibition of GSK-3β and of the opening of the mitochondrial permeability transition pore. We then showed that, in the presence of zinc, activation of Akt is mediated by the inhibition of various phosphatases and by activation of the tyrosine kinase domain of the IGF-1 receptor. Our latest experiments report the action of zinc following activation of adenosine receptors

La maladie coronaire d’origine ischémique reste l’une des principales causes de mortalité dans le monde industrialisé.Le traitement de l’ischémie aiguë du myocarde est entré dans une nouvelle ère où la mortalité peut être diminuée de moitié en utilisant des procédures qui permettent un retour rapide du débit sanguin dans la zone ischémique du myocarde: la revascularisation.Cette reperfusion entraîne des complications appelées lésions de la reperfusion qui ont été décrites pour la 1ère fois par Jennings et al., en 1960. Le développement de stratégies cardioprotectrices associées à la reperfusion constitue un besoin majeur en clinique afin d’améliorer la fonction myocardique, de diminuer l'incidence des arythmies, de retarder l'apparition de la mort cardiomyocytaire et de limiter la taille de l’infarctus du myocarde lors de l'ischémie/reperfusion (I/R).La découverte de 2 formes principales de mécanismes cardioprotecteurs endogènes, a encouragé la recherche de nouveaux moyens pharmacologiques capables de protéger le myocarde ischémié/reperfusé et a développé nos connaissances sur les bases moléculaires des lésions et de la survie cellulaire au cours des processus d’I/R.L’étude des mécanismes responsables de l’induction de la mort cellulaire a permis de mettre en évidence le rôle joué par la mitochondrie et l’augmentation de la perméabilité de ses membranes, induite par la formation/ouverture d’un pore au niveau des points de contacts entre les membranes mitochondriales;ce pore a été appelé « pore de transition de la perméabilité mitochondriale » (mPTP).L’inhibition de l’ouverture de ce pore apparaît comme une stratégie privilégiée pour protéger le myocarde.Des études ont montré que les espèces réactives d’oxygène (EROs) jouent un rôle majeur dans les lésions de l’I/R et dans l’ouverture du mPTP.Il existe peu d’informations claires sur le seuil et la période de production (ischémie et/ou reperfusion) des EROs qui conduisent à l’ouverture du mPTP.Nous avons mis au point un modèle cellulaire d’hypoxie/réoxygénation (H/R) afin d’établir une relation causale entre la production d’EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire tout en explorant le rôle de différents types d’EROs.Ce modèle d’H/R nous a permis de mesurer en temps réel et simultanément la production des EROs, l’ouverture du mPTP et la mort cellulaire.Nous avons montré que la production des EROs débute pendant la période d’hypoxie et qu’elle est directement liée à l’augmentation du temps d’hypoxie.Cette production d’EROs à l’hypoxie, plus particulièrement de radicaux hydroxyles et de peroxyde d’hydrogène, a été directement relié, à l’ouverture du mPTP et à la mort cellulaire lors de l’H/R.Nous avons utilisé ce modèle pour étudier le mécanisme d’action de deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices, un nouveau ligand de la protéine translocatrice mitochondriale (TSPO), le TRO 40303, et l’activation de la voie RISK par la morphine. Nous avons ainsi montré que (1) les propriétés cardioprotectrices du TRO40303 sont associées à une inhibition de l’ouverture du mPTP, ce qui n’avait pas pu être démontré au moyen d’expériences réalisées ex vivo et (2) l’activation de la voie RISK par la morphine, qui aboutit à une limitation de la taille d’infarctus associée à une amélioration des fonctions respiratoires mitochondriales, entraîne également une inhibition de l’ouverture du mPTP et un retard de la mort cellulaire des cardiomyocytes isolés soumis à une H/R.La suite de ce travail sera de rechercher si l’inhibition du stress oxydant peut constituer un mécanisme commun aux deux stratégies pharmacologiques cardioprotectrices en utilisant notre modèle d’H/R.Il serait possible d’étendre notre modèle à des animaux génétiquement modifiés pour appréhender les phénomènes impliqués dans cette activité antioxydante.A plus long terme, il sera nécessaire d’approfondir nos connaissances sur la production d’EROs pendant l’I/R en recherchant plus spécifiquement l’origine de cette production. / Ischemic coronary artery disease remains one of the main causes of mortality in the industrialized countries. The treatment of acute myocardial ischemia entered a new era where mortality can be reduced by 50% using revascularization procedures that allow a rapid return of blood flow to the ischemic area. However, this reperfusion leads to complications known as lethal reperfusion induced injury that have been described for the first time by Jennings et al., in 1960. It became crucial to develop cardioprotective strategies in combination with early reperfusion in order to improve myocardial function, to reduce the incidence of arrhythmias, to delay the onset of cardiomyocytes death and to limit the extension of infarct size following reperfusion. The discovery of two major forms of endogenous cardioprotective mechanisms, which consist of the realization of short cycles of ischemia/reperfusion (I/R) prior to a long period of ischemia (ischemic preconditioning) or before reperfusion after the long period of ischemia (Ischemic Postconditioning), encouraged the search for new pharmacological tools to protect the ischemic myocardium to develop our knowledge on the molecular mechanisms of lethal reperfusion injury and cell survival in the I/R process.The study of cell death mechanisms has highlighted the crucial role of the mitochondria and more specifically the increase in mitochondrial membrane permeability following I/R.One reason for increasing permeability is the formation/opening of a pore at mitochondrial membranes contact sites at reperfusion.This pore has been called "the mitochondrial permeability transition pore" (mPTP). Inhibition of this pore opening has been presented as a main strategy to protect the myocardium.Many studies have shown that reactive oxygen species (ROS) play a major role in I/R injury and mPTP opening, but there is very few information to date about the threshold and the period of ROS production (ischemia and/or reperfusion) that lead to mPTP opening.We designed a cellular model of hypoxia/reoxygenation (H/R) to establish a causal relationship between ROS production, mPTP opening and cell death while exploring the role of different types of ROS.This H/R model used freshly isolated adult rat cardiomyocytes and allowed us to measure online and simultaneously ROS production, mPTP opening and cell death. We have demonstrated that ROS production starts during the period of hypoxia and thisproduction is directly linked to the increase in the duration of hypoxia.This ROS production during hypoxia has been, for the first time, directly related to mPTP opening and cell death following H/R.We used this model to study the mechanism of action of two cardioprotective strategies, a new ligand of the mitochondrial translocator protein (TSPO), TRO 40303 and a RISK (Reperfusion Injury Salvage Kinase) pathway activator, morphine. We have shown that (1) the cardioprotective properties of TRO40303 were associated with inhibition of mPTP opening, a mechanism that could not be demonstrated using ex vivo experiments and (2) morphine that provoked infarct size limitation associated with an improvement of mitochondrial respiratory functions through RISK pathway activation, also inhibited mPTP opening and delayed cell death of isolated cardiomyocytes subjected to H/R.Finally, a question comes into sight whether the inhibition of oxidative stress may be a common mechanism to both cardioprotective pharmacological strategies that we have described using our H/R model. To do this, it would be possible to extend our model to genetically modified animals specifically adapted to understand the phenomena involved in antioxidant activity.On long-term, it will be necessary to develop our knowledge on ROS production during I/R by looking for the origin of this production, more precisely the role of the mitochondria and the effect of other reactive species in order to target the treatment and to develop new cardioprotective strategies.

La perméabilité est l'un de paramètres importants pour tous les procédés faisant intervenir des transferts couplés de chaleur et de masse. Sa valeur est directement liée à la morphologie du réseau de pores, clairement double échelle dans le cas du bois. Il existe plusieurs outils d’investigation 3-D par exemple la micro-tomographie voire nano-tomographie pour décrire la morphologie des pores. Néanmoins, ces investigations 3-D échouent pour les plus petits pores dans le bois, qui peuvent avoir une taille largement inférieure au micromètre. Ce travail de thèse utilise l'effet du libre parcours moyen du gaz sur la perméabilité apparente pour identifier la taille des pores utilisés par le cheminement du fluide.Une approche équilibrée entre expérimentation et modélisation est proposée. Dans la première partie du travail, nous avons développé un dispositif original destiné à mesurer la perméabilité apparente sur une large plage de niveau de pression moyenne. Ce dispositif ne comporte pas de débitmètre : le flux massique est simplement obtenu par la relaxation de la différence de pression entre deux réservoirs de volume connu.Ce dispositif a permis de mesurer la perméabilité apparente en fonction de la pression moyenne pour différents matériaux. Les valeurs obtenues de perméabilité intrinsèque sont en bon accord avec les publications précédentes.L'effet de la pression moyenne sur la perméabilité apparente a été analysé pour identifier des paramètres structuraux des milieux poreux. Partant d'un agencement série/parallèle de pores, les paramètres structuraux sont identifiés par méthode inverse en tirant profit du changement de régime d’écoulement avec le nombre de Knudsen (du régime de Darcy vers le régime de glissement moléculaire lorsque le nombre de Knudsen passe de zéro à l’infini).Cette approche a été validée avec des membranes à pore monodisperse grâce à une observation en microscopie électronique à balayage. Les paramètres ont ensuite été identifiés sur des échantillons de bois, selon différentes directions et sur des matériaux à base de bois. Ils confirment certaines données de la littérature, et apportent un éclairage nouveau, notamment sur les chemins de migration transverse chez le hêtre. / Permeability is one of the important parameters for all processes involving coupled heat and mass transfer. Its value is directly related to the morphology of the pore network, clearly a dual scale organisation in the case of wood. Nowadays, several 3D investigative tools exist, such as micro-tomography or nano-tomography. However, these 3-D investigations fail for the smallest pores active in fluid flow in wood, due to their submicron size. The present work takes advantage of the effect of the mean free path on the apparent gaseous permeability to identify the pore size of the pore network.A balanced approach between experimentation and modelling is proposed. In the first part of the work we have developed an original device for measuring the apparent permeability over a wide range of average pressure. This device was conceived to work without flowmeter: the mass flow is obtained by the relaxation of the pressure difference between two tanks. This device was used to measure the apparent permeability as a function of the average pressure for different materials.The intrinsic permeability values obtained are in good agreement with literature data.The effect of the average pressure on the apparent permeability was analysed to identify structural parameters of the porous media. Starting from a serial / parallel arrangement, the structural parameters are identified by inverse method taking advantage of the dependence of the flow regime with Knudsen's number (from Darcy's regime to pure molecular slip regime when Knudsen's number shifts from zero to infinity).This approach was validated with a monodisperse membrane, whose pore size was determined using a scanning electron microscopy. Structural parameters were then identified on wood samples, measured along different directions and on wood-based materials. They confirm literature data and bring new outcomes, namely regarding the fluid pathway in beech in radial and tangential directions.

L’objectif central de cette thèse de Doctorat était d’investiguer les dysfonctions mitochondriales qui surviennent précocement au cours de la phase compensée du remodelage ventriculaire pathologique et qui pourraient jouer un rôle causal dans la progression vers l’insuffisance cardiaque. Nos travaux antérieurs, réalisés à l’aide d’un modèle de surcharge volumique chronique induite par une fistule aorto-cavale (ACF) chez le Rat WKHA, ont montré qu’au cours du remodelage ventriculaire, les mitochondries développaient une vulnérabilité à l’ouverture du pore de perméabilité transitionnelle (PTP : un élément clé de la signalisation de la mort cellulaire) [1]. Ceci était observable au stade compensé du remodelage en absence des dysfonctions mitochondriales majeures typiquement observées dans le cœur insuffisant. Ces résultats nous ont amenés à suggérer que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP pourrait constituer un mécanisme précoce favorisant la progression de la cardiopathie. Dans l’étude 1 de cette thèse, nous avons tenté de tester cette hypothèse en induisant une ACF chez deux souches de rats affichant de très nettes différences au niveau de la propension à développer l’insuffisance cardiaque : les souches WKHA et Sprague Dawley (SD). Nos études in vitro sur organelles isolées et in situ sur l’organe entier ont permis de confirmer que, dans le cœur ACF, les mitochondries développent une vulnérabilité à l’ouverture du PTP et à l’activation de la voie mitochondriale de la mort cellulaire lorsqu’exposées à des stress pertinents à la pathologie (surcharge calcique, ischémie-reperfusion [I-R]). Cependant, bien que comparativement aux animaux WKHA, les animaux SD démontraient un remodelage ventriculaire plus rapide et prononcé et une progression précoce vers l’insuffisance cardiaque, aucune différence n’était observable entre les deux groupes au niveau des dysfonctions mitochondriales, suggérant quelles ne sont pas à l’origine de la progression plus rapide de la pathologie chez la souche SD, à tout le moins en réponse à la surcharge volumique. Nous avons par la suite déterminé, à l’aide des mêmes approches expérimentales, si cette vulnérabilité mitochondriale était observable dans une cardiopathie d’étiologie différente, plus spécifiquement celle qui est associée à la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), une maladie génétique causée par une mutation de la protéine dystrophine. Nos études menées (études 2-4) sur de jeunes souris mdx (le modèle murin de la DMD) exemptes de tout signe clinique de cardiopathie n’ont révélé aucune différence au niveau des fonctions mitochondriales de base. Cependant, tout comme dans le modèle d’ACF, les mitochondries dans le cœur de souris mdx étaient significativement plus vulnérables à l’ouverture du PTP lorsque soumises à une I-R (étude 2). Par ailleurs, nous avons démontré que l’administration aiguë de sildénafil aux souris mdx induisait une abolition de l’ouverture du PTP et de ses conséquences signalétiques, une diminution marquée du dommage tissulaire et une meilleure récupération fonctionnelle à la suite de l’I-R (étude 3). Nous avons ensuite testé chez la souris mdx l’administration aiguë de SS31, un peptide anti-oxydant ciblé aux mitochondries, cependant aucun effet protecteur n’a été observé, suggérant que le tamponnement des radicaux libres est d’une utilité limitée si les perturbations de l’homéostasie calcique typiques à cette pathologie ne sont pas traitées simultanément (étude 4). Globalement, les travaux effectués au cours de cette thèse démontrent que la vulnérabilité à l’ouverture du PTP constitue une dysfonction précoce et commune qui survient au cours de remodelages ventriculaires pathologiques d’étiologies différentes. Par ailleurs, ces travaux suggèrent des stratégies d’intervention pharmacologiques ciblant ce processus, dont l’efficacité pour la prévention de l’insuffisance cardiaque demande à être établie. / The central objective of this doctoral thesis was to investigate the mitochondrial dysfunction that occurs early during the compensated phase of pathological ventricular remodeling and which may play a causal role in the progression to heart failure. Our previous work using a model of chronic volume overload induced by aorto-caval fistula (ACF) in rats WKHA showed that during the ventricular remodeling, mitochondria developed a vulnerability to permeability transition pore opening (PTP: a key component of cell death signaling) [1]. This was observed at the stage of compensated remodeling in the absence of major mitochondrial dysfunction typically observed in the failing heart. These results led us to suggest that the vulnerability to PTP opening could be a mechanism facilitating the progression of the cardiomyopathy. In our first study of this thesis we have attempted to test this hypothesis by inducing ACF in two strains of rats displaying sharp differences in the propensity to develop heart failure: WKHA strains and Sprague Dawley (SD). Our studies in vitro on isolated organelles and in situ on the whole organ have confirmed that, in the ACF heart, mitochondria develop a vulnerability to PTP opening and activation of mitochondrial cell death when exposed to stresses relevant to the pathology (calcium overload, ischemia-reperfusion [I-R]). However, SD animals compared to WKHA showed a more rapid and pronounced ventricular remodeling and early progression to heart failure, no difference was found between the two groups in terms of mitochondrial dysfunction, suggesting that this is not behind the more rapid progression of the disease in the SD strain, at least in response to volume overload. We subsequently determined, using the same experimental approaches, if this vulnerability was observed in mitochondria of heart disease from other etiology more specifically that associated with Duchenne muscular dystrophy (DMD), a genetic disease caused by a mutation of the protein dystrophin. Our studies (studies 2-4) on young mdx mice (the mouse model of DMD) free of clinical signs of heart disease showed no difference in basal mitochondrial functions. However, as in the model of ACF, the mitochondria of mdx mice heart were significantly more vulnerable to PTP opening when subjected to I-R (study 2). Furthermore, we demonstrated that acute administration of sildenafil to mdx mice abolished the PTP opening and its signaling consequences, markedly reduced of tissue damage and improved functional recovery following I-R (Study 3). We then tested in mdx mice acute administration of SS31, an antioxidant peptide that targets and accumulates in mitochondria. However, no protective effect was observed, suggesting that the buffering of free radicals have a limited utility if the typical perturbations of the calcium homeostasis in this disease are not treated simultaneously (Study 4). Overall, the work done during this thesis show that the vulnerability to PTP opening is a common and early dysfunction that occurs during pathological ventricular remodeling of different etiologies. Moreover, these studies suggest pharmacological intervention strategies targeting this process, whose effectiveness in preventing heart failure needs to be established.

Nanoporous carbons have become a material of interest in many applications such as electrochemical double layer capacitors (supercapacitors). Supercapacitors are being studied for their potential in storing electrical energy storage from intermittent sources and in use as power sources that can be charged rapidly. However, a lack of understanding of the charge storage mechanism within a supercapacitor makes it difficult to optimize them. Two components of this challenge are the difficulties in experimentally characterizing the sub-nanoporous structure of carbon electrode materials and the electrical performance of the supercapacitors. This work provides a means to accurately characterize the porous structure of sub-nanoporus carbon materials and identifies the current limitations in characterizing the electrical performance of a supercapacitor cell. Future work may focus on the relationship between the sub-nano porous structure of the carbon electrode and the capacitance of supercapacitors, and on the elucidation of charge storage mechanisms.

Nanoporous carbons have become a material of interest in many applications such as electrochemical double layer capacitors (supercapacitors). Supercapacitors are being studied for their potential in storing electrical energy storage from intermittent sources and in use as power sources that can be charged rapidly. However, a lack of understanding of the charge storage mechanism within a supercapacitor makes it difficult to optimize them. Two components of this challenge are the difficulties in experimentally characterizing the sub-nanoporous structure of carbon electrode materials and the electrical performance of the supercapacitors. This work provides a means to accurately characterize the porous structure of sub-nanoporus carbon materials and identifies the current limitations in characterizing the electrical performance of a supercapacitor cell. Future work may focus on the relationship between the sub-nano porous structure of the carbon electrode and the capacitance of supercapacitors, and on the elucidation of charge storage mechanisms.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2003. / Härtill 4 uppsatser.

Cette thèse propose d'étudier en détail une méthode générale de construction d'un réseaude pores interconnectés à partir d'une image 3D d'un matériau poreux afin de calculer laperméabilité absolue. Un squelette de l'espace poral est tout d'abord utilisé pour définir laposition des pores. Ce squelette est transformé en graphe, puis plusieurs étapes de fusiondes nœuds sont réalisées pour obtenir un réseau exploitable. Une ligne de partage des eauxprenant comme marqueurs les nœuds du graphe permet d'attribuer une géométrie auxpores. Le système d'équation linéaire à résoudre est construit en intégrant les équations deStokes sur des éléments de l'espace poral. Une méthode originale de calcul du coefficient deproportionnalité existant entre les pressions au centre de deux pores et le débit traversantla surface les séparant est proposée. Une application de l'intégralité de l'approche estégalement présentée sur un matériau réel. / A general method to build a pore network model from a 3D image of a porous material ispresented in this work in order to compute its permeability. A skeleton of the void spaceis first used to define pores position. This skeleton is converted to a first graph. Mergingsteps are necessary to obtain a relevant network. A volume is allocated to the pores using awatershed algorithm, starting with markers defined from the nodes of the graph. The linearsystem of equations to solve is deduced by integrating the Stokes equations on pore spacepartitioning elements. The proportionality coefficient linking the pressure drop betweentwo pore centers and the flow going through the surface separating them is calculated withan original method. Application of the complete process to a real material is presented.