La prédiction des flux aux parois joue un rôle déterminant dans le cycle de vie des chambres de combustion. Le transfert de chaleur de la flamme aux parois est entraîné, outre la convection, également par le rayonnement des gaz chauds au sein de la chambre. Afin d’intégrer les contributions convectives et radiatives au flux pariétal il est nécessaire de résoudre simultanément l’équation de transfert radiatif et les équations régissant l’écoulement réactif. Quand les méthodes de Monte Carlo sont couplées aux simulations aux grandes échelles (LES), de telles simulations deviennent très coûteuses. L’objectif de cette thèse est donc d’investiguer une technique pour améliorer l’efficacité de la méthode MC, basée sur un mécanisme alternatif d’échantillonnage appelée intégration Quasi-Monte Carlo (QMC). Au cours de cette thèse, la méthode QMC a été couplée à une simulation LES dans une configuration où le rayonnement joue un rôle très important : la flamme méthane-air de la chambre Oxytec. La comparaison entre les simulations couplées et non couplées avec les données expérimentales montre que le rayonnement thermique a un impact sur la topologie de l’écoulement et de la flamme. Enfin, un bon accord est trouvé entre le flux de chaleur pariétal prédit par la simulation et les données expérimentales. / The prediction of wall fluxes is a significant aspect in the life cycle of combustors, since it allows to prevent eventual wall damages. Heat transfer from flame to the walls is driven, apart from convection, also by radiation of burnt gases inside the chamber. In order to correctly account for both convective and radiative contributions to wall fluxes, the simultaneous solution of the radiative transfer equation (RTE) and the governing equations for reactive flows is required. However, multi-physics simulations where MC methods are coupled to Large Eddy Simulation (LES), remain very costly. The purpose of this study is then to investigate improvements of MC methods, by using an alternative sampling mechanism for numerical integration usually referred to as Quasi-Monte Carlo (QMC) integration. In this study, QMC method is coupled to Large Eddy Simulation (LES) of a configuration where the radiation plays an important role: the methane-air flame investigated during the experimental campaign Oxytec. Coupled and non-coupled simulations are compared and their comparison with experimental data shows that thermal radiation has an impact on both flow and flame topology. Finally a good agreement is found between numerical wall fluxes and experimental conductive fluxes.

L’extraction du moment cinétique au sein des disques protostellaires est le processus clé qui détermine la masse finale accrétée par une étoile, ainsi que les conditions de formation de son cortège planétaire. Il a été proposé que les jets protostellaires pourraient jouer un rôle essentiel dans cette extraction, via un processus magnétohydrodynamique (MHD). L’objectif principal de ce travail de thèse est de mettre à profit le gain révolutionnaire en résolution et en sensibilité apporté par l’interféromètre submillimétrique ALMA afin de clarifier le processus d’accrétion-éjection à l’œuvre dans les protoétoiles. Cette pro- blématique est abordée selon trois axes complémentaires i) confrontation des modèles théoriques de vent de disque MHD à la dynamique du jet de HH212 observé par ALMA à haute résolution angulaire. Je présente la découverte de signatures de rotation en SO/SO2 dans le jet qui, avec la dynamique de SiO, sont cohérentes avec un vent de disque MHD lancé entre 0.05 et 40au. ii) étude analytique et numérique de l’impact de la variabilité d’un jet rapide pulsant sur un vent de disque. J’identifie des signatures observationnelles de la présence d’un vent de disque à partir de l’étude morphologique et cinématique des coquilles de choc d’étrave. iii) signatures chimiques d’un jet lancé en deçà de la région de sublimation des poussières (∼ 0.2 au). Je montre que malgré la forte irradiation du jet et l’absence de poussière, des molécules telles que SiO ou CO peuvent se former efficace- ment à partir d’une faible fraction de H2. Ce scénario pourra être confronté aux futures observations JWST. / The question of angular momentum extraction from protoplanetary disks (hereafter PPDs) is fundamental in understanding the accretion process in young stars and the formation conditions of planets. Pioneering semi-analytical work, followed by a growing body of magnetohydrodynamic (MHD) simulations, have shown that when a significant vertical magnetic field is present, MHD disk winds (hereafter MHD-DWs) can develop and ex- tract some or all of the angular momentum flux required for accretion. The aim of this PhD thesis is to exploit the unprecedented capabilities provided by ALMA to clarify the accretion-ejection process in protostars. This goal is achieved following three approaches: 1) comparison of MHD-DW models with the kinematics of HH 212 jet observed by ALMA at high angular resolution. I report the discovery of a rotating SO/SO2 wind consistent with a MHD-DWs launched out to ∼40 au with SiO tracing dust-free streamlines launched from 0.05−0.3 au. 2) Analytical and numerical study of the interaction between a pulsat- ing inner jet embedded in a stationary disk wind. Observational signatures are identified from the morphology and the kinematics of bow-shock shells. 3) Chemical signatures of a jet launched inside the dust sublimation radius (∼ 0.2 au). I show that despite the strong X-FUV field and the absence of dust, molecules like SiO or CO can form efficiently from a small fraction of H2. This scenario will be confronted to JWST observations.

Ce travail de thèse porte sur l’effet du rayonnement UV-B sur la physiologie foliaire et la maturation des baies chez la Vigne (Vitis vinifera L. cv Tempranillo), dans le contexte du changement climatique en cours. Dans ce but, des expériences ont été menées en conditions contrôlées en serre, sur des boutures fructifères. Les plantes ont été exposées à trois doses de rayonnement UV-B biologiquement actifs (0, 5,98 et 9,66 kJ.m-2.jour-1), soit à partir de la nouaison, soit à partir de la véraison, et ce jusqu’à la pleine maturité. Le rayonnement UV-B a été appliqué seul ou en combinaison avec d’autres stress abiotiques (déficit hydrique, taux de CO2 et température élevés). L’impact de ces stress sur l’activité photosynthétique, les contenus en pigments et en composés photoprotecteurs, ainsi que sur les activités des enzymes produisant des composés antioxydants, ont été étudiés. La phénologie, les profils d’accumulation des flavonols et des anthocyanes, ainsi que le contenu en acides aminés des baies ont également été analysés, de même que l’expression des principaux gènes régulateurs et structuraux de la voie de biosynthèse des polyphénols. Les résultats obtenus montrent que les effets des UV-B sur la physiologie foliaire peuvent être découpés en deux phases : une première phase transitoire de diminution de l’activité photosynthétique, suivie d’une phase d’acclimatation due à la production de composés photoprotecteurs (flavonoïdes essentiellement) et à l’activité d’enzyme de détoxification des forme actives de l’oxygène (superoxyde dimutase, catalase, ascorbate peroxidase). Le déficit hydrique, le stress thermique et un taux de CO2 élevé (700ppm, +4ºC) ne modifient pas le processus d’acclimatation aux UV-B ; en revanche on note une interaction positive entre les UV-B d’une part et la tolérance aux températures et au taux de CO2 élevé d’autre part, atténuant les dommages oxydatifs dus à l’induction de sénescence par ces deux derniers facteurs. La maturité des baies est retardée par les UV-B et le déficit hydrique, et ce phénomène et amplifiés lorsque ces deux stress sont appliqués en combinaison ; alors que les hautes températures et un taux de CO2 élevé ont l’effet inverse. Dans ce dernier cas, le UV-B rayonnement atténue les effets du couple température/CO2 élevés. Ces effets sur la phénologie de la Vigne ont pu être reliés à des modifications de l’activité photosynthétique des feuilles. En ce qui concerne la composition des baies, l’augmentation du rayonnement UV-B et le déficit hydrique ont augmenté les concentrations en anthocyanes et en potassium des moûts et diminué leur acidité, ce qui peut s’expliquer en partie par une augmentation du ratio de masse pellicule/pulpe. L’augmentation des teneurs en anthocyanes et flavonols des pellicules observée en réponse aux UV-B a pu être reliée à l’induction de gènes structuraux (CHS, F3’H, FLS, UFGT and GST) et régulateurs (MYBF1 et MYBA1) de la voie de biosynthèse des flavonoïdes. Ces changements quantitatifs étaient toujours associés à des changements qualitatifs, avec une augmentation de la part relative des flavonols mono- et disubstitués, en raison d’une compétition de la flavonol synthase avec les F3’ et F3’5’ hydroxylases pour les mêmes substrats. Une interaction notable a été observée entre le rayonnement UV-B et le déficit hydrique, sur les profils d’hydroxylation des flavonols, ce qui s’explique par le fait que ces deux facteurs agissent sur deux étapes distinctes de la voie de biosynthèse. / The aim of the thesis was to assess the effect of UV-B radiation on grapevine Vitis viniferacv. Tempranillo leaf physiology and grape berry composition, framed within the climatechange scenario. Experiments were conducted under glasshouse controlled conditions withfruit-bearing cuttings. Plants were exposed to three UV-B biologically effective doses (0,5.98, 9.66 kJ m-2 d-1) either from fruit set or veraison to maturity. The combined effects of UVand water deficit, as well as, UV-B and elevated CO2-temperature (700ppm, +4ºC), appliedfrom fruit set to maturity were also tested. Gas exchange, Chlorophyll a fluorescence, lipidperoxidation, antioxidant enzyme activity, UV-B absorbing compound levels and chlorophylland carotenoid concentration were determined in leaves. Berry development was assessedquantitatively (e.g. elapsed time to reach phenological stages). Amino acid, anthocyanin andflavonol concentrations and profiles were analyzed in berries, as well as, transcript profilingof regulatory and structural genes involved in flavonoid biosynthesis.The results show that initial down-regulation of photosynthesis was followed by anacclimation, mediated by the accumulation of UV-B absorbing compounds and antioxidantresponse elicitation (flavonoids and antioxidant enzymes). Water deficit and elevated CO2-temperature did not alter UV-B acclimation process, however, UV-B did led to certain degreeof cross-tolerance to elevated CO2-temperature, avoiding the senescence-induced oxidativedamage. Berry technological maturity (ca. 22ºBrix) was delayed by UV-B exposure and waterdeficit, especially when combined, whereas it was hastened by elevated CO2-temperature. Inthe last case, UV-B attenuated the effect of elevated CO2 and temperature. Changes in berryripening rates were associated with changes in photosynthetic performance.UV-B radiation and water deficit induced lower grape must acidity, mediated by increases inrelative skin mass or potassium levels rather than a decrease in organic acid concentration.In addition this increase in relative skin mass may have contributed to higher anthocyaninconcentration in the must. Grape berry skin flavonol and anthocyanin concentration wasincreased by UV-B, mainly due to the up-regulation of the structural (CHS, F3’H, FLS, UFGTand GST) and regulatory genes (MYBF1 and MYBA1) committed to their synthesis.Quantitative changes in flavonol concentration induced by UV-B were always associated withqualitative changes in flavonol profile (i.e. increased relative abundance of mono- anddisubstituted flavonols), as a result of the competition of FLS with flavonoid hydroxylases(F3’H and F3’5’H) for the same substrates. The independent up-regulation of FLS and F3’5’Hby UV-B radiation and water deficit, respectively, resulted in an intaractive effect on theflavonol B ring hydroxylation pattern. Under elevated CO2-temperature anthocyanin-sugaraccumulation was decoupled. However, UV-B partially alleviated this uncoupling by upregulatinganthocyanin biosynthesis and modulating berry ripening rates.UV-B radiation greatly influenced grapevine leaf physiology and berry composition. Theseresponses to UV-B were modulated, to a greater or lesser extent, by other factors linked toclimate change (water availability, atmospheric CO2 levels and temperature).

L’exposition au soleil, et donc aux rayons ultraviolets, est de plus en plus fréquente chez l’homme dans les pays occidentaux. En effet, les modes de vie ont fortement changé ces dernières années, avec pour résultat une augmentation non négligeable des loisirs en extérieur. Ceci a pour conséquence une augmentation de l’apparition des cancers cutanés, dont le pronostic de survie est souvent mauvais et l’issue fatale. De plus, les traitements associés à ces maladies sont lourds et n’agissent pas toujours de façon efficace. Les campagnes d’information et de prévention face aux dangers du soleil restent donc les principales mesures efficaces pour lutter contre le cancer cutané lié à une surexposition au soleil. La recherche de nouveaux produits permettant de protéger de manière efficace la peau des effets néfastes des rayons UV reste donc un défi permanent et primordial pour la recherche dans l’industrie cosmétique. <p><p> Dans un premier temps, le travail a consisté à développer des nouvelles formulations de produits solaires contenant des concentrations élevées en filtres UV, conditionnées sous forme d’aérosol, celles-ci valables pour le marché européen. Une émulsion E/H et une émulsion E/Si ont donc été réalisées. Elles contenaient au final 27% de filtres UV pour l’émulsion E/H et 16,5% de filtres UV pour l’émulsion E/Si, dont 4% de filtres inorganiques pour les deux types d’émulsion. Leur viscosité était de 6800 mPa.s pour l’émulsion E/H et de 2800 mPa.s pour l’émulsion E/Si. Ces formulations étaient stables lorsqu’elles étaient conservées pendant 2 mois à 40°C et également lorsqu’elles subissaient 5 cycles de température entre 5°C et 40°C. La mise en aérosol de ces émulsions a nécessité l’utilisation de 22% de gaz propulseur (mélange :butane, propane, isobutane). <p>La taille des gouttelettes étant un paramètre important de la caractérisation des aérosols pour le choix des matériaux à utiliser ainsi que pour sécurité afin d’éviter toute inhalation pulmonaire, l’influence de différents éléments sur celle-ci a été étudiée. Nous avons ainsi montré que la concentration en gaz, la viscosité, la présence ou non de filtres inorganiques ainsi que le choix des valves et diffuseurs utilisés jouent un rôle dans la taille des gouttelettes émises, celle-ci ne pouvant pas être inférieure à 30 µm de diamètre. La taille des gouttelettes émises était supérieure à 50 µm avec pas plus de 0.1% ayant une taille inférieure à 10 µm et maximum 25% des gouttelettes ayant une taille comprise entre 10 et 30 µm. <p><p> Les produits formulés contenaient de grandes quantités en filtres solaires, organiques et inorganiques (27% pour l’émulsion E/H et 16,6% pour l’émulsion E/Si), il était donc important de vérifier qu’aucun des filtres présents dans les émulsions ne passaient à travers la peau lors de l’application des produits solaires. En effet, ceux-ci doivent rester à la surface de l’épiderme afin de maintenir l’efficacité des produits solaires et d’éviter des effets néfastes systémiques éventuels en pénétrant la peau. Une étude in vitro utilisant de la peau humaine excisée et des cellules de diffusion de Franz nous a permis de constater que les filtres inorganiques présents dans les formulations restaient en surface de la peau, et seulement deux des filtres organiques (l’EMC et MBBT) présentaient un potentiel de pénétration cutanée négligeable et non nocif pour la santé humaine (maximum 1,21 µg/ml/cm2 pour EMC et maximum 0,14 µg/ml/cm2 pour MBBT). De plus, après 24 h d’expérience, plus de 50% des filtres restaient à la surface de la peau, ce qui permettait de maintenir l’efficacité des produits solaires. Afin de mener à bien cette étude, des méthodes analytiques pour l’analyse simultanée des filtres solaires organiques d’une part, par CLHP (Chromatographie Liquide Haute Performance), et inorganiques d’autre part, par ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry), ont été mises au point et validées. <p>Une étude in vivo non invasive, basée sur le prélèvement des couches successives du stratum corneum, a été réalisée par la suite. Cette dernière a été effectuée par la méthode du « tape stripping », qui utilise des disques adhésifs rigides, et sur 9 volontaires pendant une période de 8 h. Elle a permis de confirmer les résultats obtenus avec la méthode in vitro. Une bonne corrélation entre ces deux types d’étude a été observée. <p><p> Enfin, la dernière partie du travail a porté sur l’EMC, un des filtres organiques utilisé dans la plupart des produits solaires mis sur le marché et dans les émulsions E/H et E/Si formulées. Ce filtre présente une sensibilité à la lumière et aux rayons UV. L’encapsulation lipidique de celui-ci a donc été envisagée afin de produire des nanoparticules dont la matrice lipidique a pour but de protéger l’EMC contre une dégradation causée par les rayons UV. Trois lipides différents ont été investigués et ont montré des résultats positifs de protection vis-à-vis des rayonnements UV. En effet, après 2 h d’irradiation par les UV, une perte d’efficacité de 30% de l’EMC pur a été observée contre 10% à 21% pour l’EMC encapsulé par les différents lipides. De plus, les nanoparticules n’ont pas montré de potentiel d’augmentation de pénétration cutanée de l’EMC. <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés dans cette thèse contraignent les paramètres d'un modèle de cosmologie, le modèle du galileon, et d'un modèle de physique des particules, le modèle du branon, qui sont des extensions des modèles standards. Ces modèles, qui supposent l'existence d'un champ scalaire additionnel et peuvent trouver leurs origines dans les théories à dimensions supplémentaires, offrent des explications élégantes aux questions de la nature de l'énergie noire et de la matière noire respectivement. La première partie de cette thèse présente les prédictions du modèle du galileon et les résultats obtenus par leur comparaison aux observations cosmologiques et astrophysiques récentes. Cette étude montre que le modèle du galileon a de sérieuses difficultés à reproduire ces observations, qui regroupent le fond diffus cosmologique, les mesures liées aux distances cosmologiques, et l'observation d'un évènement par ondes gravitationnelles et contrepartie électromagnétique. La seconde partie décrit la recherche de branons dans les collisions proton-proton enregistrées en 2016 par le Solénoïde Compact à Muons au Grand Collisionneur de Hadrons, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Des évènements qui présentent un jet de haute énergie, produit par un quark ou gluon ou bien par désintégration hadronique d'un boson vecteur, et de l'énergie transverse manquante dans l'état final sont sélectionnés et comparés aux estimations pour les évènements de bruits de fond. Aucun excès d'évènements n'est observé, ce qui permet de poser des contraintes sur les valeurs possibles des paramètres du modèle du branon. / This PhD thesis presents constraints on the parameters of a cosmological model, the galileon model, and a particle physics model, the branon model. Both are extensions of the standard models that include an additional scalar field and that can be built from extra dimensions theories. The galileon model propose an alternative to the cosmological constant as the nature of dark energy, and the branon model give a dark matter particle candidate. The first part of this thesis shows the predictions of the galileon model and the results obtained from their comparison with recent cosmological and astrophysical observations. The set of observations used contains the cosmic microwave background, cosmological distances measurements and the detection of gravitational waves along with their electromagnetic counterpart from the merger of a binary star system. The study shows that the galileon model has serious difficulties to reproduce these observations. The second part describe the search for branons in proton-proton collisions data at 13 TeV collected in 2016 with the Compact Muon Solenoid at the Large Hadron Collider. Events with high energy jets, produced by a quark, a gluon or a vector boson decaying hadronically, and missing transverse energy in the final state are selected and compared to background estimations. No excess of event has been found allowing for experimental constraints to be put in the parameter space of the branon model.

Les lasers à électrons libres (LEL) X sont aujourd'hui des sources lumineuses cohérentes et intenses utilisées pour des investigations multidisciplinaires de la matière. Un nouveau schéma d'accélération, l'accélérateur laser plasma (LPA), est maintenant capable de produire une accélération de quelques GeV/cm, bien supérieure à celle des linacs radiofréquence. Ce travail de thèse a été mené dans le cadre des programmes de R&D du projet LUNEX5 (laser à électrons libres utilisant un nouvel accélérateur pour l’exploitation du rayonnement X de 5e génération) de démonstrateur LEL avancé et compact avec applications utilisatrices pilotes. Il comprend un linac supraconducteur de 400 MeV de haute cadence (10 kHz) pour l’étude de schémas LEL avancés, et LPA pour sa qualification par une application LEL. La ligne LEL utilise une configuration d’injection avancée dans la plage spectrale 40-4 nm par génération d’harmoniques à gain élevé (HGHG) et schéma d’écho (EEHG) avec des onduleurs compacts cryogéniques à champ élevé de courte période courte. L'étude de solutions adaptées aux applications LEL compactes et avancées est donc examinée. Un premier aspect concerne la réduction du milieu de gain du LEL (électrons dans l'onduleur), le raccourcissement de la période se faisant au détriment du champ magnétique. Les onduleurs cryogéniques compacts à base d'aimants permanents cryogéniques (CPMU), dans lesquels les performances de l'aimant sont améliorées à la température cryogénique sont étudiés. Une deuxième partie du travail développée dans le cadre l’expérience de R&D COXINEL visant à démontrer l’amplification LEL à l’aide d’un LPA. La ligne permet de manipuler les propriétés des faisceaux d’électrons produits (dispersion en énergie, divergence, variation de pointé) avant d’être utilisées pour des applications de sources lumineuses. Le faisceau d'électrons généré est très divergent et nécessite une bonne manipulation juste après la source avec des quadrupôles forts placés immédiatement après la génération d'électrons. Ainsi, des quadrupôles innovants à aimants permanents de gradient élevé réglable appelés «QUAPEVA», sont développés. Ils sont optimisés avec le code RADIA et caractérisées avec trois mesures magnétiques. Un gradient de 200 T/m avec une variabilité de 50 % est obtenu tout en maintenant une excursion du centre magnétique réduite à ± 10 µm, qui a permis un alignement par compensation de pointé du faisceau dans COXINEL grâce au centre magnétique variable des systèmes, avec un faisceau bien focalisé sans dispersion. Les QUAPEVA constituent des systèmes originaux dans le paysage des quadrupôles à de gradient élevé et variable développés jusqu'à présent. Une troisième partie des travaux concerne l’observation du rayonnement d’onduleur monochromatique ajustable sur la ligne COXINEL. Le faisceau d'électrons d'énergie de 170 MeV est transporté et focalisé dans un CPMU de 2 m et de période de 18 mm émettant à 200 nm. Le flux spectral est caractérisé à l'aide d'un spectromètre UV et le flux angulaire mesuré par une caméra CCD. La longueur d'onde est accordée avec l’entrefer. Les distributions spatio-spectrales mesurées en forme de lune du rayonnement de l'onduleur sont bien reproduites par les simulations de rayonnement utilisant les distributions d’électrons mesurées et transportées le long de la ligne. Elles permettent aussi de renseigner sur la qualité du faisceau d’électrons, de son transport et d'en estimer les paramètres tels que la dispersion en énergie et la divergence. Le dernier aspect du travail est lié à la comparaison entre la génération des harmoniques en gain élevé et le schéma d’écho, dans le cadre de ma participation à une expérience réalisée à FERMI @ ELETTRA. Nous avons pu démontrer un LEL de type écho à 5,9 nm, avec spectres plus étroits et une meilleure reproductibilité que le schéma HGHG à deux étages. Cette thèse constitue un pas en avant vers les lasers à électrons libres compacts et avancés. / X-ray Free Electron Lasers (FEL) are nowadays unique intense coherent fs light sources used for multi-disciplinary investigations of matter. A new acceleration scheme such as Laser Plasma Accelerator (LPA) is now capable of producing an accelerating gradient of few GeV/cm far superior to that of conventional RF linacs. This PhD work has been conducted in the framework of R&D programs of the LUNEX5 (free electron Laser Using a New accelerator for the Exploitation of X-ray radiation of 5th generation) project of advanced and compact Free Electron laser demonstrator with pilot user applications. It comprises a 400 MeV superconducting linac for studies of advanced FEL schemes, high repetition rate operation (10 kHz), multi-FEL lines, a Laser Wake Field Accelerator (LWFA) for its qualification by a FEL application. The FEL lines comports enables advanced seeding in the 40-4 nm spectral range using high gain harmonic generation (HGHG) and echo-enabled harmonic generation (EEHG) with compact short period high field cryogenic undulators. The study of compact devices suitable for compact FEL applications is thus examined. One first aspect concerns the reduction of the Free Electron Laser gain medium (electrons in undulator) where shortening of the period is on the expense of the magnetic field leading to an intensity reduction at high harmonics. Compact cryogenic permanent magnet based undulators (CPMUs), where the magnet performance is increased at cryogenic temperature making them suitable for compact applications, are studied. Three CPMUs of period 18 mm have been built: two are installed at SOLEIL storage ring and one at COXINEL experiment. A second part of the work is developed in the frame of the R&D programs is the COXINEL experiment with an aim at demonstrating FEL amplification using an LPA source. The line enables to manipulate the properties of the produced electron beams (as energy spread, divergence, induced dispersion due) before being used for light source applications. The electron beam generated is highly divergent and requires a good handling at an early stage with strong quadrupoles, to be installed immediately after the electron generation source. Hence, the development of the so-called QUAPEVAs, innovative permanent magnet quadrupoles with high tunable gradient, is presented. The QUAPEVAs are optimized with RADIA code and characterized with three magnetic measurements. High tunable gradient is achieved while maintaining a rather good magnetic center excursion that allowed for beam pointing alignment compensation at COXINEL, where the beam is well-focused with zero dispersion at any location along the line. The QUAPEVAs constitute original systems in the landscape of variable high gradient quadrupoles developed so far. A third part of the work concerns the observation of tunable monochromatic undulator radiation on the COXINEL line. The electron beam of energy of 170 MeV is transported and focused in a 2-m long CPMU with a period of 18 mm emitting radiation light at 200 nm. The spectral flux is characterized using a UV spectrometer and the angular flux is captured by a CCD camera. The wavelength is tuned with the undulator gap variation. The spatio-spectral moon shape type pattern of the undulator radiation provided an insight on the electron beam quality and its transport enabling the estimation of the electron beam parameters such as energy spread and divergence. The final aspect of the work is related to the comparison between the echo and high gain harmonic generation, in the frame of my participation to an experiment carried out at FERMI@ELETTRA. At FERMI, we have demonstrated a high gain lasing using EEHG at a wavelength of 5.9 nm where it showed a narrower spectra and better reproducibility compared to a two-stage HGHG. This PhD work constitutes a step forward towards advanced compact Free Electron Lasers.

Le rayonnement d'un haut-parleur monté sur une enceinte est généralement caractérisé par des mesures ou une simulation par la méthode des éléments finis. Cependant, ces méthodes de référence restent très coûteuses et ne permettent pas une interprétation physique des résultats. Dans ce manuscrit, nous proposons deux modèles analytiques pour prédire ce rayonnement, dans le cadre d'une application à une barre de son. Le premier modèle consiste à assimiler la géométrie de la barre de son à un sphéroïde. De cette manière, les variables sont séparées et on peut trouver une solution analytique sous la forme d'une somme d’harmoniques sphéroïdales. On décrira chaque étape de la méthode, ainsi que la comparaison des résultats à ceux des méthodes de référence. On développera particulièrement le calcul pour un haut-parleur circulaire sur le sphéroïde et la mise en place d'un critère de troncature des harmoniques. Ce modèle fonctionne bien en basse-fréquence, mais ne peut pas rendre compte de tous les phénomènes de diffraction par l'enceinte en haute fréquence. Pour celles-ci, la diffraction du champ sonore par les arêtes de l'enceinte devient non négligeable. Nous avons donc développé un second modèle analytique, basé sur une formulation intégrale de cette diffraction. Celle-ci est vue comme un ensemble de sources secondaires localisées sur les arêtes. On montrera comment établir ce modèle et on donnera des détails sur son implémentation. L'application de ce modèle permet d'interpréter physiquement le rayonnement d'une barre de son, et donc de conclure sur la validité du modèle sphéroïdal. On montre également comment les arêtes du baffle d'une enceinte entraînent des effets d'interférences constructives, qui peuvent induire un gain allant jusqu’à 3 dB. Ces effets entraînent également un phénomène contre-intuitif : si le haut-parleur n'est pas centré sur le baffle, la direction du maximum d'intensité du rayonnement tend à se décaler vers le côté opposé au décalage du haut-parleur sur le baffle. / The radiation from a loudspeaker mounted on a box shaped enclosure is usually characterized by measurements or simulations based on finite element method. However, these reference methods are still very expensive and do not allow for a physical interpretation of the results. In this manuscript, two analytical models are proposed to predict this radiation, within the framework of the application to a sound bar. The first model consists of assimilating the sound bar geometry to a spheroid. In this way, the variables are separated and an analytical solution can be found in the form of a sum of spheroidal harmonics. The calculation for a circular loudspeaker on the spheroid, as well as a harmonic truncation criterion, is detailed. Each step of the method will be described, as well as the comparison of the results with the reference methods. The calculation for a circular loudspeaker on the spheroid and the implementation of a harmonic truncation criterion will be developed. This model works well at low-frequency, but cannot account for the diffraction phenomena, which come from the enclosure and appear at high-frequency. Therefore, we have developed a second analytical model based on an integral formulation of the diffraction. This model is seen as a set of secondary sources located on the edges of the enclosure. It will be shown how to establish this model and how it can be implemented. This model allows us to interpret the radiation of a sound bar, and therefore allows us to conclude on the validity of the spheroidal model. It also shows how the baffle edges of a loudspeaker enclosure lead to constructive interference effects, resulting in a gain up to 3 dB. These effects also lead to a counterintuitive phenomenon: if the speaker is not centered on the baffle, the direction of maximum radiation intensity tends to shift to the opposite side of the speaker offset on the baffle.

Le rayonnement thermique joue un rôle important dans un large éventail d'applications de génie thermique comprenant des écoulements turbulents. La motivation principale de cette thèse est le besoin croissant de précision et fiabilité dans les simulations numériques appliqué à ce domaine.Cette thèse s’intéresse tout particulièrement à la compréhension physique de l’impact du rayonnement thermique sur la dynamique des fluides et le transfert thermique, ainsi que de l’influence des fluctuations turbulentes sur le transfert radiatif dans les écoulements à couche de cisaillement.L'objectif de cette thèse est de fournir des données haute-fidélités de jets libres turbulents couplés au rayonnement thermique afin de développer et de valider des modèles turbulents d’écoulements à couche de cisaillement prenant en compte les interactions de couplage. À cette fin, les jets libres turbulents sont décrits par des simulations numériques directes (DNS) couplées à une méthode de Monte-Carlo réciproque pour résoudre l'équation de transfert radiatif. La dépendance spectrale des propriétés radiatives est prise en compte avec la méthode Correlated-k (ck). L'étude numérique est réalisée avec la plus grande fidélité pour être aussi représentative que possible d'un jet réel dans un milieu participatif. La simulation est optimisée en termes de temps de calcul en tirant parti d'une méthode d'accélération appelée Acoustic Speed Reduction et en injectant de la turbulence artificielle pour améliorer les conditions d'entrée.Deux simulations directes de jets chauffés couplés au rayonnement thermique sont réalisées. D'une part, un jet chauffé avec un rayonnement modéré a été simulé et l’analyse de ses données DNS couplées a permis de dériver une nouvelle loi d’échelle pour la décroissance du profil de température. Cette mise à l'échelle rend compte des effets de la densité modifiée due à un rayonnement modéré. De plus, cela permet de distinguer si le rayonnement thermique modifie ou non la nature des mécanismes de transfert thermique dans la région développée du jet. D'autre part, un jet libre fortement chauffé a été calculé afin de quantifier les effets du rayonnement sur les champs de température et de vitesse moyens ainsi que sur les moments de second ordre.Outre les données DNS couplées, un solver RANS pour les écoulements à densité variable couplé au rayonnement thermique a été développé au cours de cette thèse. L'objectif était de quantifier directement la précision des modèles turbulents existants et d'identifier les paramètres clés pour une modélisation plus poussée des interactions de couplage. / Radiation plays an important role in a broad range of thermal engineering applications comprising turbulent flows. The growing need for accurate and reliable numerical simulations to support the design stages of such applications is the main motivation of this thesis.Of special interest in this work are the free-shear flows and the fundamental understanding of how radiation can modify their fluid dynamics and heat trans- port as well as how their turbulence fluctuations can alter radiative transfer. The goal of this thesis is to provide high-fidelity data of turbulent free jets coupled with thermal radiation in order to develop and validate free-shear turbulent models accounting for coupling interactions. To this end, turbulent free jets are described by direct numerical simulations (DNS) coupled to a reciprocal Monte- Carlo method to solve the radiative transfer equation. The spectral dependency of the radiative properties is accounted for with an accurate Correlated-k (ck) method. The numerical study is carried out with state-of-the-art fidelity to be as representative as possible of an actual jet in a participating medium. The simulation is optimized in terms of processing time taking advantage of an acceleration method called Acoustic Speed Reduction and by injecting artificial turbulence to enhance inlet boundaries.Two direct simulations of heated jets coupled with thermal radiation are carried out. On the one hand, a heated jet with moderate radiation is simulated. The analysis of its high-fidelity coupled DNS data has allow to derive a new scaling law for the decay of the temperature profile. This scaling accounts for the effects of modified density due to moderate radiation. Moreover, it allows for distinguishing whether thermal radiation modifies the nature of heat transfer mechanisms in the jet developed region or not. On the other hand, a strongly heated free jet is computed in order to quantify the effects of radiation on mean temperature and velocity fields as well as on second order moments.Besides the coupled DNS data, a RANS solver for variable-density flows coupled with thermal radiation has been implemented during the course of this thesis. The goal is to directly quantify the accuracy of the existing turbulent models, and to identify key parameters for further modeling of coupling interactions.

Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec et Université de Rennes I, France / Le réchauffement climatique dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre constitue l’une des problématiques majeures actuelles. Dans ce contexte, le stockage du CO₂ dans des réservoirs géologiques se présente comme un moyen susceptible de limiter les conséquences de ces émissions sur l’environnement. Pour des raisons sécuritaires, cette méthode de gestion nécessite une surveillance continue des réservoirs de stockage à l’aide de capteur IR pouvant descendre dans les puits. L’application de cette technologie nécessite également de connaitre le comportement du CO₂ lors des différentes étapes de stockage, notamment lorsqu’il est dans son état supercritique. C’est pourquoi la microfluidique est actuellement utilisée afin de simuler et comprendre les phénomènes liés à l’injection et au stockage du CO₂ sous forme supercritique. La mise en œuvre d’une telle approche requiert : (i) le développement de nouvelles solutions compactes pour la surveillance in situ des réservoirs en continu pour sécuriser les sites de stockage et; (ii) la bonne compréhension du comportement du CO₂ lors des différentes étapes de stockage.Le premier axe de recherche consiste à synthétiser des matériaux vitreux afin d’optimiser l’efficacité d’un capteur optique de CO₂ pour la surveillance des sites de stockage en aquifère salin et susceptible de détecter d’autres gaz, tels le méthane ou le monoxyde de carbone. Le capteur doit pouvoir être déployé en profondeur et capable de détecter des concentrations inférieures à 1000 ppmv pour repérer rapidement d’éventuelles fuites. Les verres de chalcogénures dopés avec des ions de terres rares spécifiques, peuvent produire une luminescence qui peut ensuite être utilisée pour détecter les signatures infrarouges de toutes les molécules possédant des bandes d'absorption dans la région spectrale 3-5 μm. Les compositions vitreuses Ga₅Ge₂₀Sb₁₀(Se, S)₆₈ (%mol.) dopées Pr³+ et Dy³+ ont été développées en vue de réaliser un capteur environnemental de CO₂. Le potentiel de ces matériaux pour la multidétection de gaz (CO₂, CH₄ et CO) a également été exploré. Les systèmes microfluidiques HP/HT actuels ne permettent pas de coupler simultanément la spectroscopie infrarouge et Raman à ces dispositifs. Ce problème est dû à l’utilisation du verre Pyrex associé au wafer de silicium pour la fabrication des microréacteurs. C’est pourquoi le deuxième axe de recherche développé au cours de cette thèse vise à explorer différents systèmes vitreux pour trouver une alternative au Pyrex. Le verre en question doit présenter le meilleur compromis entre les propriétés optiques, thermomécaniques et électriques visées. Ainsi, des verres à base de GeO₂ ont été développés pour répondre aux spécifications attendues, telle que le procédé de collage anodique utilisé pour fixer le verre au wafer de silicium. La composition vitreuse retenue pour les tests est 70GeO₂-15Al₂O₃-10La₂O₃-5Na₂O (%mol.). / Global warming due to the increase of greenhouse gas emissions is one of the main current challenges. In this context, the CO₂ storage in geological reservoirs appears as a likely way to limit the consequences of these emissions on the environment. For safety reasons, this management method requires continuous monitoring of the storage tanks by using IR sensors who can go down into the wells. The application of this technology also requires to know the CO₂ behavior during various storage steps, in particular when it is in its supercritical state. This is why microfluidics is currently used to simulate and understand the phenomena related to the injection and storage of CO₂ in supercritical form. The implementation of such approach requires: (i) the development of novel compact solutions for in situ continuous gas monitoring to secure the storage site and; (ii) a better understanding of the CO₂ behavior during the different storage steps.The first research axis of this thesis has consisted in developing vitreous active materials to increase the efficiency of optical CO₂ sensor (and eventually other gas like CH₄ or CO) for their continuous monitoring in saline aquifer storage sites. This sensor must be able to be deployed in depth and be sensitive to CO₂ concentrations below 1000 ppmv to quickly identify any leak. Chalcogenide glasses doped with specific rare earth ions may provide broadband luminescence that can be used to detect infrared signatures of all molecules whose absorption bands are located in the 3-5 μm spectral region. Glass compositions Ga₅Ge₂₀Sb₁₀(Se, S)₆₈ (mol.%) doped Pr³+ et Dy³+ have been developed in order to be integrated into a functional environmental CO₂sensor. The multi-sensing gas (CO₂, CH₄ et CO) potential of these materials has also been investigated. Current HP/HT microfluidic systems do not allow coupling FTIR and Raman spectroscopies. This problem is due to the using of Pyrex glass for the manufacture of these microreactors. That is why the second research axis developed during this thesis has consisted in exploring various vitreous systems to propose an alternative to the Pyrex glass. The target glass had to demonstrate the best compromise between the desired optical, thermomechanical and electrical properties. In this way, glasses based on GeO2 have been developed to meet these specifications, such as the anodic bonding process used to attach the glass on the silicon wafer. The glass composition selected after the completed studies is 70GeO₂-15Al₂O₃-10La₂O₃-5Na₂O (mol.%).

Cette recherche vise à analyser les conditions thermiques dans une chambre de CHSLD. L'analyse est réalisée en utilisant la simulation informatique (logiciel Bsim 2000). Une zone unique est simulée avec une fenêtre opérable recréant la ventilation latérale qui engendre la situation la plus critique en terme de potentiel de refroidissement. La période de simulation est la journée la plus chaude de l'année identifiée par le fichier climatique pour la ville de Québec, soit le 5 juillet. Le meilleur potentiel de ventilation naturel identifié comme cas de référence est l'auvent double et différentes stratégies de refroidissement passif y sont appliquées pour trois superficies de vitrage orientées principalement au nord, au sud et à l'ouest en vue d'atteindre la zone de confort thermique pré-établie pour les résidents de CHSLD. Les meilleures situations sont identifiées et intégrées dans des recommandations finales visant le maintien de la fenêtre opérable dans une chambre de CHSLD malgré l'adaptabilité limitée des résidents et le climat nordique de l'implantation de cette étude.