En fauteuil roulant d’athlétisme, l’amélioration des performances par la maximisation des forces transmises au fauteuil est souvent l’avenue préconisée. L’optimisation de la poussée est pourtant complexe. Plus de force fournie par l’athlète ne veut pas nécessairement dire plus de force efficace transmise aux roues pour faire avancer le fauteuil. Un prototype d’outil de mesure et de rétroaction temps réel a été conçu et validé afin de mieux comprendre et d’améliorer la technique de la poussée des athlètes en fauteuil roulant. La structure de la roue instrumentée a été fabriquée à la main avec de la fibre de carbone laminée sur une base de corecell. Un concept utilisant une plaque d’interface a été retenu. Pour la mesure, une cellule de force 6 axes JR3 a été utilisée entre la structure de la roue et la plaque d’interface. L’assemblage de ces 3 composantes (roue, cellule de force et plaque d’interface) permet la mesure de tous les forces et moments appliqués sur la roue par l’athlète. La roue a été conçue selon les dimensions (diamètre et épaisseur) d’une roue de fauteuil roulant de course standard afin d’être utilisée de façon interchangeable avec celle-ci. Une plateforme microcontrôleur Arduino Uno a été utilisée pour contrôler la lecture et l’émission des données de la cellule de force vers une base de réception (compact Rio). Un émetteur sans fil Xbee a été sélectionné pour l’envoi des données sans fil. Un circuit de conditionnement des signaux (décalage, gain, filtration) a été développé pour faire l’interface entre la cellule de force et le circuit du microcontrôleur. Le tout est alimenté par des batteries lithium-polymère régulées par un circuit d’alimentation développé spécifiquement pour ce projet. Le défi [de] majeur de ce projet a résidé dans la lecture, l’émission sans fil, la réception, l’affichage et l’enregistrement à haut débit et en temps réel des données de forces et de moments. Ce défi n’est d’ailleurs pas complètement atteint à l’heure de l’écriture de ce mémoire. Plusieurs propositions de solutions sont proposées à la fin du mémoire pour résoudre ce problème. Jusqu’à présent, le concept de roue instrumentée a été validé pour s’assurer que le [i.e. les] données mesurées soient bien transmis [i.e. transmises], reçues, enregistrées et affichées en temps réel. Le débit de communication a également été validé. La stabilité de la communication pose encore problème à l’heure actuelle. Il a été déterminé que tant que ce problème n’était pas réglé, il ne valait pas la peine d’investir trop d’effort dans la calibration du capteur. Ce problème de stabilité de la communication rend d’ailleurs le prototype non utilisable pour une campagne de mesure sur des athlètes en ce moment. De plus amples efforts devront être fournis afin de stabiliser la communication. Des suggestions sont formulées à ce sujet dans le chapitre 7 de ce mémoire.

L'objectif de l'étude était de déterminer la disponibilité de l'azote (N) et les transformations dans la colonne d'eau (WC) et l'interface eau-sédiments (SWI), et d'établir des liens avec les éclosions de cyanobactéries dans la baie Missisquoi du lac Champlain. Ces paramètres ont été évalués à l'embouchure de la rivière aux Brochets et dans le bassin central, afin d'obtenir un gradient environnemental pour étudier l'effet des décharges de nutriments sur le cycle de l'azote et la structure des communautés de phytoplancton (PCS). Les résultats portent à croire qu'en général, les nutriments ne limitent pas la productivité primaire, mais que l'azote peut la limiter à petite échelle. Contrairement à nos hypothèses, le phytoplancton semblait gérer les concentrations en nutriments, et non l'inverse. La PCS n'affectait pas la consommation en NH4+ dans la WC. De même, le taux de régénération du NH4+ dans la WC n'était pas relié à la PCS, ce qui réfute l'hypothèse que les cyanobactéries inhibent la régénération. Les sédiments agissaient comme un puits de NO3-, tel que prédit, mais étaient aussi une source de NH4+ vers la WC, contrairement aux hypothèses. Une biomasse élevée de cyanobactéries était associée avec une relâche subséquente de NO3- des sédiments, ce qui pourrait impliquer une stimulation de la nitrification. L'anammox explique de 6 à 10% de la production totale de diazote, mais la dénitrification en était le principal vecteur. Les taux de dénitrification étaient reliés à la concentration instantanée en azote de la WC, mais pas à ses fluctuations. On observe des relations similaires entre les flux de NO3- dans les sédiments et la dénitrification avec la biomasse cyanobactérienne antérieure. Cela suggère que des concentrations inférieures en azote dans la WC, à la suite de floraisons de cyanobactéries, ont rendu possibles des taux de dénitrifications inférieurs. Les données ne corroborent pas l'hypothèse selon laquelle la dénitrification mènerait à des conditions propices pour les cyanobactéries fixatrices d'azote. Au contraire, les résultats suggèrent que les conditions propices aux cyanobactéries fixatrices d'azote causent une réduction des taux de dénitrification. Le lac était un puits net d'azote dans un budget préliminaire calculé en utilisant le cycle du NH4+ dans la WC et les flux d'azote à l'SWI, comparés aux apports en azote estimés des affluents. Ces calculs révèlent une source d'azote « manquante », qui pourrait être la fixation d'azote dans la WC selon les résultats. Les taux observés de fixation d'azote dans la WC n'étaient pas différents de ceux des contrôles expérimentaux, mais même ces taux négligeables sont d'un ordre de grandeur plus élevé que ceux nécessaires pour combler l'azote « manquant ». ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : cycle de l'azote, cyanobactéries, dénitrification, eutrophisation, budget d'azote

La stabilité d’un fluide Newtonien diélectrique confiné dans un anneau cylindrique et soumis à un gradient radial de température et à un champ électrique est étudiée. Le gradient de température induit une stratification de la permittivité électrique du fluide et de sa masse volumique. Trois poussées thermiques rentrent alors en jeu : la gravité terrestre créée la poussée d’Archimède, la rotation des cylindres engendre la poussée centrifuge, et le champ électrique induit la poussée diélectrophorétique. L’effet de ces poussées est étudié dans différentes combinaisons, principalement à travers l’étude de la stabilité linéaire, mais également par la simulation numérique directe. / The stability of a Newtonian dielectric fluid confined in a cylindrical annulus and submitted to a radial temperature gradient and an electric field is studied. The temperature gradient induces a stratification of the electric permittivity and of the density. Thus three thermal buoyancies intervene: the Earth gravity creates the Archimedean buoyancy, the rotation of the cylinders generates the centrifugal buoyancy, and the electric field induces the dielectrophoretic buoyancy. The effect of these buoyancies is studied in different combination, principally through the linear stability analysis, but also by direct numerical simulation.

Le présent travail de thèse s’inscrit dans le contexte fondamental de la propulsion marine instationnaire. Il analyse les performances propulsives des profils de différents rapports d’aspects (envergure par rapport à la corde), en oscillation harmonique de tangage. On modélise la principale partie active d’un système propulsif naturel, tel une nageoire caudale de poisson, par des profils simples, minces et rigides quasiment identiques, à l’exception du rapport d’aspect très important du premier profil (4.8), dit bidimensionnel, et très faible du second (1/6), dit tridimensionnel. Le mouvement de tangage est imposé au tiers de corde, en partant du bord d’attaque des profils immergés dans un écoulement. L’objectif étant de faire varier le nombre de Strouhal, basé sur l’amplitude d’excursion totale du bord de fuite du profil, dans une gamme relativement faible et étroite, où évoluent plusieurs espèces aquatiques. Cette gamme est donc intéressante pour l’étude des systèmes propulsifs artificiels. L’aptitude à la propulsion a été déduite en analysant la structure de l’écoulement induit dans le sillage, et en déterminant l’effort réel exercé par le profil sur l’écoulement. En raison des effets importants de la traînée induite associée aux tourbillons marginaux et de ceux de la traînée visqueuse, inversement proportionnelle au rapport d’aspect, il apparait que les performances propulsives du profil tridimensionnel sont bien moindres que celles du profil bidimensionnel. L’influence des configurations du battement sur les performances propulsives a également été étudiée. / This thesis work is part of the fundamental context of unsteady marine propulsion. The propulsive performances of different aspect ratios (span to corde) profiles, in harmonic pitching motion are analyzed. The main active part of a natural propulsion system, such as a fish caudal fin, is modelled by simple, thin and rigid profiles that are almost identical, with the exception of the very high aspect ratio of the first profile (4.8), called two-dimensional, and very low aspect ratio of the second (1/6), called three-dimensional. The pitching motion is imposed on the third corde, starting from the leading edge of the profiles immersed in a flow. The objective is to vary the Strouhal number, based on the total excursion amplitude of the trailing edge of the profile, over a relatively small and narrow range, where several aquatic species evolve. This range is therefore interesting for the study of artificial propulsion systems. The propulsion capability was inferred by analyzing the structure of the induced flow in the wake, and by determining the actual force exerted by the profile on the flow. Due to the significant effects of the induced drag associated with marginal vortices and those of the viscous drag, inversely proportional to the aspect ratio, it appears that the propulsive performance of the three-dimensional profile is much lower than that of the two-dimensional profile. The influence of flapping parameters on propulsive performance has also been studied.

Ce mémoire de thèse porte sur la modélisation dynamique et la commande en poussée des propulseurs navals. Un état de l'art de la modélisation des propulseurs électriques est d'abord présenté. Un modèle quasi-statique de propulseur est étudié et identifié expérimentalement en employant le bassin d'essais du Laboratoire IREENA. La nécessité d'un modèle dynamique d'hélice plus précis est mise en évidence. Deux approches sont alors envisagées. La première consiste à modéliser physiquement une hélice marine. Les théories des moments et la théorie des éléments de pale sont rappelées, puis la théorie dynamique du moment linéaire des hélices, développée dans un cadre rigoureux, est exposée. Un modèle dynamique d'hélice est déduit de cette dernière théorie et est étudié. La modélisation dynamique de l'hélice est ensuite envisagée par une approche fréquentielle, mieux adaptée à la commande. Des méthodes d'identification sans mesure hydrodynamique sont proposées et validées expérimentalement. La commande en poussée des propulseurs est abordée dans la dernière partie. Des méthodes de commande existantes sont brièvement étudiées et testées expérimentalement. Les tests réalisés mettent en évidence la nécessité de disposer d'une méthode de commande plus robuste vis-à-vis de la ventilation de l'hélice, qui occasionne des pertes de poussée importantes. Une nouvelle loi de commande, s'appuyant sur un observateur du couple hydrodynamique et sur le modèle dynamique de l'hélice, est finalement proposée. Des résultats expérimentaux, attestant la précision de la commande proposée, sont présentés.

Lors du procédé de cokéfaction, en raison de la faible largeur de la chambre de carbonisation des fours modernes, l’expansion horizontale de la pâte à coke génère une poussée sur les parois de chauffage. L’objectif de cette thèse, qui s’inscrit dans le cadre du projet européen « Swelling Pressure in a Coke Oven, Transmission on Oven walls », est de mieux comprendre le phénomène de poussée des charbons lors de la cokéfaction et de développer un modèle permettant d’anticiper ce phénomène. Pour cela, un modèle phénoménologique prenant en compte les phénomènes physico-chimiques en présence a été développé. Une mise en équation originale est proposée pour la cinétique de condensation des goudrons et le gonflement des grains de charbon lors de la pyrolyse. Le modèle proposé est le premier reproduisant simultanément la poussée sur les piédroits et la pression des gaz produits lors de la cokéfaction. Les résultats de simulation du cas particulier de la cokéfaction du charbon Blue Creek dans le four pilote du Centre de Pyrolyse de Marienau et les mesures de pression, de température et de poussée réalisées lors des essais présentent des écarts mais demeurent en bon accord. Ces écarts sont essentiellement dus à la méconnaissance des propriétés du charbon et de son comportement mécanique. L’hypothèse d’un comportement élastique linéaire entraîne une surestimation de la poussée. L’étude de sensibilité amène, entre autres, à la conclusion que la poussée ne dépend pas directement de la pression des gaz et que le gonflement des grains de charbon joue un rôle déterminant. / During the coking process, due to the small width of the carbonization chamber of modern ovens, horizontal expansion of coal generates a pressure on the oven walls. The objective of this thesis, which is part of European project « Swelling Pressure in a Coke Oven, Transmission on Oven walls », is to better understand the wall pressure phenomenon during coking process and to develop a model which can permit to anticipate this phenomenon. For this, a phenomenological model which takes into account the physical chemistry phenomena in presence is developed. An original implementation is proposed for the kinetic of tars condensation and the coal swelling during pyrolysis. The proposed model is the first which reproducing simultaneously the wall pressure and the gas pressure during coking process. The simulation results of coking process of the specific case of Blue Creek coal in the pilot oven of Centre de Pyrolyse de Marienau and the measurements of gas pressure, of temperature and of wall pressure performed during the tests have discrepancies but remain in good agreement. The discrepancies are mainly due to the ignorance of coal properties and its mechanical behavior. The assumption of linear elastic behavior leads to wall pressure overestimation. The sensitivity study permits to conclude that the wall pressure is not directly dependant to the gas pressure and that coal swelling play a causal role.

Pour mener à bien leur mission, les satellites de télécommunications doivent rester à la verticale d'un même point de la Terre, sur une orbite dite géostationnaire, pour laquelle la période de révolution des satellites sur leur orbite est identique à la période de rotation de la Terre sur elle-même. Cependant, à cause des perturbations orbitales, les satellites tendent à s'en éloigner, et il est alors nécessaire de concevoir des stratégies de commande pour les maintenir dans un voisinage de cette position de référence. Du fait de leur grande valeur de poussée, les systèmes à propulsion chimique ont largement été utilisés, mais aujourd'hui les systèmes à propulsion électrique avec leur grande impulsion spécifique sont des alternatives viables pour réduire la masse d'ergols du satellite, et ainsi le coût au lancement, ou allonger la durée de vie du satellite, ce qui permettrait de limiter l'encombrement dans l'espace. Cependant, l'utilisation d'un tel système propulsif induit des contraintes opérationnelles issues en partie du caractère limité de la puissance électrique disponible à bord. Ces contraintes sont difficiles à prendre en compte dans la transcription du problème de maintien à poste en un problème de contrôle optimal à consommation minimale avec contraintes sur l'état et le contrôle. Ce manuscrit propose deux approches pour résoudre ce problème de commande optimale. La première, basée sur le développement et l'exploitation de conditions nécessaires d'optimalité, consiste à découper le problème initial en trois sous-problèmes pour former une méthode de résolution à trois étapes. La première étape permet de résoudre un problème de maintien à poste expurgé des contraintes opérationnelles, tandis que la deuxième, initialisée par le résultat de la première, produit une solution assurant le respect de ces dernières contraintes. La troisième étape permet d'optimiser la valeur des instants d'allumage et d'extinction des propulseurs dans le cadre du formalisme des systèmes à commutation. La seconde approche, dite " directe ", consiste à paramétrer le profil de commande par une fonction binaire et à le discrétiser sur l'horizon temporel de résolution. Les contraintes opérationnelles sont ainsi facilement transcrites en contraintes linéaires en nombres entiers. Après l'intégration numérique de la dynamique, le problème de contrôle optimal se résume à un problème linéaire en nombres entiers. Après la résolution du problème de maintien à poste sur un horizon court d'une semaine, le problème est résolu sur un horizon long d'un an par résolutions successives sur des horizons courts d'une durée de l'ordre de la semaine. Des contraintes de fin d'horizon court doivent alors être ajoutées afin d'assurer la faisabilité de l'enchaînement des problèmes sur l'horizon court constituant le problème sur l'horizon long. / Geostationary spacecraft have to stay above a fixed point of the Earth, on a so-called geostationary Earth orbit. For this orbit, the orbital period of the spacecraft is equal to the rotation period of the Earth. Because of orbital disturbances, spacecraft drift away their station keeping position. It is therefore mandatory to create control strategies in order to make the spacecraft stay in the vicinity of the station keeping position. Due to their high thrust capabilities, chemical thrusters have been widely used. However nowadays electric propulsion based thrusters with their high specific impulse are viable alternative in order to decrease the spacecraft mass or increase its longevity. The use of such a system induce the necessity to handle operational constraints because of the limited on-board power. These operational constraints are difficult to take into account in the mathematical transcription of the station keeping problem in an optimal control problem with control and state constraints. This thesis proposed two techniques in order to solve this optimal control problem. The first one is based on the computation of first order necessary conditions and consists in decomposing the overall problem in three sub-problems, leading to a three-step decomposition method. The first step solves an optimal control problem without the operational constraints. The second steps enforces these operational constraints thanks to dedicated equivalence schemes and the third one optimises the switching times of the control profile thanks to a method borrowed from the switched systems theory. The second proposed method consists in parametrising the on-off control profile with binary functions. After a time discretisation of the station keeping horizons, the operational constraints are easily recast as linear constraints on integer variables, the dynamics is numerically integrated and the station keeping problem is recast as a mixed integer linear programming problem. After the resolution of the problem over a short time horizon of one week, the station keeping problem is solved over a long time horizon of one year. To this end, the long time horizon is split in shorter horizons over which the problem is successively solved. End-of-cycle constraints have been set up in order to ensure the feasibility of the solution one short horizon after another.

Les pratiques obstétricales utilisées lors des accouchements sont nombreuses et certaines peuvent avoir un impact sur son déroulement ainsi que sur les issues maternelles et foetales. Durant le travail, ces pratiques reposent sur l’utilisation de différentes positions ou de techniques antalgiques pharmacologiques (analgésie péridurale, protoxyde d’azote) ou non (déambulation, utilisation de la baignoire, de la douche, du ballon etc.). Au moment de l’accouchement, il existe également différentes techniques de poussée, de maintien de la tête foetale, de soutien périnéal ou encore différentes positions d’accouchement. Cependant, à ce jour, ces pratiques ne sont pas ou très peu étudiées en France et ne répondent à aucune recommandation pour la pratique clinique. Dans le premier volet de cette thèse (n=1496), nous avons réalisé un état des lieux des pratiques déclarées par les sages-femmes et étudié si les pratiques différaient en fonction du lieu d’exercice et de l’ancienneté. Les sages-femmes françaises proposaient largement le recours à l’analgésie péridurale, surtout celles exerçant en maternité de type II ou III. Le décubitus latéral était la position préférée des sages-femmes durant le 1er stade avec analgésie péridurale et durant la phase de descente du 2ème stade. Pour l’accouchement, la plupart des sages-femmes conseillaient des positions en décubitus. La poussée en bloquant était celle la plus conseillée par les sages-femmes et majoritairement par celles ayant ≤ 5 ans d’ancienneté. Ces données ont montré que les pratiques des sages-femmes françaises étaient hétérogènes et variaient selon le niveau des maternités et l’ancienneté des sages-femmes. Notre deuxième volet repose sur un essai randomisé multicentrique (n=250) dont l’objectif principal était d’évaluer l’efficacité de la poussée dirigée à glotte ouverte vs celle à glotte fermée. Le critère de jugement principal était un critère de jugement composite : accouchement spontané, sans lésion du périnée (épisiotomie ou lésion spontanée des 2ème, 3ème ou 4ème degrés). Les femmes éligibles étaient celles ayant suivi intégralement la séance de formation aux types de poussées, avec une grossesse monofoetale en présentation céphalique, un accouchement par voie basse acceptée, admises en maternité entre 37 et 42 semaines d’aménorrhée pour un travail spontané ou induit, à partir d’une dilatation cervicale utérine ≥ 7 cm. Les critères d’exclusion étaient une pathologie contre-indiquant des efforts expulsifs ou un antécédent d’utérus cicatriciel, ou une anomalie du rythme cardiaque foetal avant la randomisation. Nous n’avons pas retrouvé de risques absolus ou bruts statistiquement différents en terme d’efficacité de la poussée, ni sur la morbidité maternelle (déchirures périnéales sévères ou hémorragies du post-partum) et néonatale immédiate (pH défavorable). Après prise en compte des facteurs de confusion et des facteurs pronostiques cliniquement pertinents, l’efficacité de la poussée n’était pas, non plus, statistiquement différente entre les deux types de poussées (RR ajusté : 0,92 [IC95% : 0,74-1,14]). En conclusion, les pratiques maïeutiques différent durant l’accouchement en France et il n’y a pas lieu de conseiller un type de poussée plutôt qu’un autre. Les femmes doivent, toutefois, être informées des différentes positions et des types de poussées lors des préparations à l’accouchement et doivent pouvoir choisir la position et la poussée qui leur conviennent, voir en changer, au cours du travail (Fédération Internationale de Gynécologie Obstétrique, 2012). / Many different obstetric practices are used during delivery, and some of them can affect the course of labor and delivery as well as maternal and fetal outcomes. During labor, these practices mainly concern the use of different positions and of analgesic techniques, both pharmacological (epidural analgesia, nitrous oxide) or not (walking, water immersion in a pool, large tub, or shower, birthing balls, etc.). At delivery, there are also different techniques of pushing, of fetal head management, perineal support, and birthing positions. Nonetheless, until now, the use of these practices in France has been studied little if at all, and there are no Clinical Practice Guidelines to help midwives choose their practices based on scientific evidence.The first component of this dissertation describes our inventory of practices reported by midwives (n=1496) and examines whether these practices differ as a function of either place of practice or experience. French midwives very frequently offer women epidural analgesia, especially those practicing in level II or III maternity units. Lateral decubitus was the position midwives preferred during the first stage for women with epidural analgesia and during the descent phase of the second stage. For delivery, most midwives advised decubitus positions. Pushing with Valsalva breathing was advised most often, mostly by midwives with ≤ 5 years of experience. These data show that French midwives use heterogeneous practices that vary according to the maternity unit level and the midwife's experience.The second component of this dissertation is based on a multicenter randomized trial (n=250) to assess the effectiveness of directed pushing when used with open glottis or closed glottis (Valsalva) breathing. The principal endpoint was a composite criterion: spontaneous delivery without perineal lesion (episiotomy, or spontaneous 2nd, 3rd, or 4th degree lacerations). Women were eligible if they have taken an antenatal class that includes a specific training in the types of pushing, and had a singleton pregnancy in cephalic presentation, planned vaginal delivery, and were admitted to the maternity ward between 37 and 42 weeks of gestation in spontaneous or induced labor when cervical dilation was ≥ 7 cm. The exclusion criteria were a disorder contraindicating expulsive efforts, previous cesarean or other uterine scar, or a fetal heart rate anomaly before randomization. The unadjusted analysis show no difference between the groups in the effectiveness of pushing, in maternal morbidity (severe perineal lacerations or postpartum hemorrhage), or immediate neonatal morbidity (unfavorable pH). After adjustment for confounding factors and clinically relevant prognostic factors, there was still no statistically significant difference in the effectiveness of the type of pushing (RR adjusted: 0.92, 95% CI 0.74-1.14).In conclusion, midwifery practices during delivery in France differ, and there is no evidence to recommend one type of pushing over another. Women must nonetheless be informed about the different positions and types of pushing during their preparation for delivery and must be able to choose the position and type of pushing they prefer, and be able to change it, during labor (International Federation of Gynecology and Obstetrics, 2012).

Cette thèse présente une étude du système à deux corps contrôlé en poussée faible, et en particulier, des problèmes de transferts orbitaux. Après une étude de contrôlabilité, nous nous focalisons sur le lien entre la commande optimale en temps minimum et les contrôles en boucle fermée construits à partir de la méthode de Jurdjevic-Quinn. Des simulations numériques montrent que les commandes Jurdjevic-Quinn peuvent être proches de la commande temps minimum. Pour comprendre cette propriété nous étudions un système contrôlé moyen dont les trajectoires approchent celles des systèmes à faible poussée. Cette technique nous permet de répondre à une conjecture concernant le comportement asymptotique du temps minimum quand la poussée tends vers zéro. D'autre part elle constitue une piste prometteuse pour construire une fonction de Lyapunov associée la méthode de Jurdjevic-Quinn efficace: un contrôle en boucle fermée proche de la commande optimale.

L'état solide a longtemps été considéré comme un état parfaitement régi par la loi des combinaisons définies de Dalton. Les récents perfectionnements des techniques, en particulier celle des rayons X, ont rapidement amené les chimistes à mettre en échec cette loi dans le cas de nombreux solides, qui prirent alors le nom de "berthollides", par opposition aux "daltonides" régis par la loi précédente. <br />Ces berthollides étaient caractérisés par une non-stoechiométrie de leur réseau cristallin, soit par la suite de la formation de lacunes en nombre variable, soit par l'insertion d'atomes en positions interstitielles...