L'objectif principal de nos travaux consiste à développer des méthodes d’optimisation des performances de la MSRV sur le plan de la conception et de la commande. La première partie est consacrée à la commande de la MSRV avec prise en compte de la saturation, de l'effet croisé et des pertes-fer. Deux stratégies de commande permettant d’améliorer les performances de la machine en régime permanent sont présentées: commande à rendement optimal et commande à couple maximum par ampère. La deuxième partie de ce travail porte sur la commande de la MSRV en vue de réduire les ondulations de couple. L’optimisation des courants statoriques a été obtenue selon deux critères : un couple électromagnétique constant et des pertes par effet Joule minimales. Une formule originale a été présentée dans le cas où le courant homopolaire est pris en compte. Des schémas de commande neuronale en couple et en vitesse sont ensuite proposés. L’apprentissage, réalisé en ligne, fait que cette proposition est tout à fait adaptée aux applications en temps réel. La troisième partie traite de la conception au moyen de la méthode de calcul numérique par élément finis. Grâce au logiciel JMAG, les barrières du flux au rotor de la MSRV ont été optimisées permettant d’augmenter le couple moyen, le facteur de puissance et le rendement de la machine. Enfin, toutes les approches neuromimétiques ont été validées par de tests expérimentaux. De plus, des comparaisons avec les méthodes de commande classique démontrent la validité des méthodes proposées. / The main objective of our work is to develop the methods for performance optimization of the SynRM in terms of the design and control. The first part is devoted to control of the SynRM taking into account the saturation, cross coupling and iron losses. Two strategies control to improve the performances of the machine in steady-state are presented: optimal efficiency control and maximum torque per ampere control. The second part of this work focuses on the control of the non-sinusoidal SynRM to reduce torque ripple. Optimal stator currents were obtained with the objectives: a constant electromagnetic torque and minimum ohmic losses. An original formula was presented in the case where the homopolar current is considered. The torque and speed control based on artificial neural networks are then proposed to obtain optimal currents online in real time. The third part deals with the design optimization of SynRM by finite element method. With JMAG software, the barriers of the rotor SynRM were optimized to maximize the average torque, power factor and efficiency of the machine. Finally, all the approaches based on neural networks have been validated by experimental tests. Moreover, the comparisons with conventional methods demonstrate the validity of the proposed methods.

Existant en tant que pratique sportive, l’apnée est également de plus en plus utilisée dans d’autres activités sportives dont la natation, à l’entraînement et/ou en compétition. Toutefois, les réponses à l‘apnée dynamique ont été peu explorées lors d’efforts physiques intenses, en particulier en natation. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’étudier sur le terrain en situation de nage (étude 1 et 2) et en laboratoire (étude 3) lors d’un exercice intermittent de pédalage, les réponses physiologiques, psychologiques et ergogéniques à l’apnée aiguë apparaissant lors d’efforts intenses. Le métabolisme a été notamment évalué à partir de la mesure de l’oxygénation tissulaire, de paramètres sanguins et de marqueurs hormonaux. Les principaux résultats de ces études montrent qu’en apnée la performance dépendrait de la capacité des sujets à maintenir leur fréquence cardiaque et que l’effort est globalement perçu comme plus dur. L’apnée n’induisait pas d’augmentation de la lactatémie, sans doute en lien avec l’absence de modification de l’extraction musculaire de l’oxygène. Au niveau cérébral, le maintien de l’oxygénation expliquerait la non modification du temps de réaction en apnée. Enfin toutes nos études ont révélé une désaturation artérielle significative en apnée, dès la première apnée de 10 secondes (étude 3) mais sans effet de la capacité d’apnée (étude 1) ou de l’intensité de nage (étude 2) suggérant que la durée compenserait l’intensité. Il serait donc intéressant d’étudier ultérieurement les effets respectifs du couple intensité/durée et les effets chroniques d’un entraînement comportant un exercice intermittent intense lors d’apnées dynamiques. / Existing as a sport practice, apnea is also increasingly used in other sports activities including swimming, training and/or competition. However, responses to dynamic apnea have been little explored during intense physical exercise, especially in swimming. The objective of this thesis is to study, in the field in swimming situations (study 1 and 2) and in the laboratory (study 3) during an intermittent cycling exercise, the physiological, psychological and ergogenic responses to acute apnea appearing during intense exercises. Metabolism was especially assessed by measurement of tissue oxygenation, blood parameters and hormonal markers. The main results of these studies show that in apnea the performance would depend on the ability of the subjects to maintain their heart rate and that the exercise is globally perceived as harder. Apnea did not induce an increase in lactatemia, probably related to the lack of modification of the muscle extraction of oxygen. At the cerebral level, the maintenance of the oxygenation would explain that the reaction time is not altered with apnea. Finally, all our studies revealed a significant arterial desaturation in apnea at the first repetition of the 10-second apnea (study 3) but without the effect of apnea capacity (study 1) or swimming intensity (study 2) suggesting that the duration would compensate for the intensity. It would therefore be interesting to study later the respective effects of the intensity/duration pair and the chronic effects of training involving intense intermittent exercise during dynamic apneas.

The BRIght Target Explorer (BRITE) constellation is revolutionary in the sense that the same scientific objectives can be achieved smaller (cm3 versus m3 ) and lighter (< 10kg versus 1, 000kg). It is a space astronomy mission, observing the variations in the apparent brightness of stars. The work presented herein focuses on the assembly, integration and test of the instrument used on-board six nanosatellites that form the constellation. The instrument is composed of an optical telescope equipped with a Charge Coupled Device (CCD) imager and a dedicated computer. This thesis provides a particular in-depth look into the inner workings of CCD. Methods used to characterize the instrument CCD in terms of its bias level stability, gain factor determination, saturation, dark current and readout noise level evaluation are provided. These methodologies are not limited to CCDs and they provide the basis for anyone who wishes to characterize any type of imager for scientic applications.

The BRIght Target Explorer (BRITE) constellation is revolutionary in the sense that the same scientific objectives can be achieved smaller (cm3 versus m3 ) and lighter (< 10kg versus 1, 000kg). It is a space astronomy mission, observing the variations in the apparent brightness of stars. The work presented herein focuses on the assembly, integration and test of the instrument used on-board six nanosatellites that form the constellation. The instrument is composed of an optical telescope equipped with a Charge Coupled Device (CCD) imager and a dedicated computer. This thesis provides a particular in-depth look into the inner workings of CCD. Methods used to characterize the instrument CCD in terms of its bias level stability, gain factor determination, saturation, dark current and readout noise level evaluation are provided. These methodologies are not limited to CCDs and they provide the basis for anyone who wishes to characterize any type of imager for scientic applications.

A literature review of metal mixture interaction analyses identified that there was not a consistent method to determine the impact of metal mixtures on an aquatic organism. The review also revealed that a majority of the research on mixtures made use of water concentrations only. Therefore research was conducted to determine the relationship between exposure, bioaccumulation and chronic effects of the four elements As, Co, Cr and Mn individually. Mechanistically based saturation models of bioaccumulation and toxicity were determined for the benthic invertebrate Hyalella azteca, from which lethal water concentrations and body concentrations were also determined. These models were then combined with those previously done for the metals Cd, Cu, Ni, Pb, Tl and Zn to model the impact of 10 metal mixtures on bioaccumulation in short term (1-week) exposures and on bioaccumulation and toxicity in chronic (4-week) exposures at “equi-toxic” concentrations. Interactions between the metals were identified in which; Cd, Co and Ni bioaccumulations were significantly inhibited, Tl and Zn bioaccumulations were marginally inhibited, there was no impact on Cr, Cu or Mn bioaccumulation, and both As and Pb bioaccumulation were enhanced by some mixtures of metals. It was determined that strict competitive inhibition may be a plausible mechanism of interaction affecting Co, Cd and Ni bioaccumulation but not for any of the other metals. However, it is possible that other interactions such as non-competitive or anti-competitive inhibition may have been responsible. A metal effects addition model (MEAM) was developed for Hyalella azteca based on both the bioaccumulation (body concentrations) to effects and the exposure (water concentration) to effects relationships developed from the single metal only studies The MEAM was used to predict the impact of metal mixture exposures on mortality. Toxicity was under-estimated when based on measured water or body concentrations, however, its best prediction was based on body concentrations. The MEAM, when based on measured body concentrations, takes bioavailability into account, which is important since the chemical characteristics of water can greatly alter the bioavailability and therefore toxicity of metals. The MEAM was compared to the traditional Concentration Addition Model (CAM), which calculates toxic units based on water concentrations and LC50s or body concentrations and LBC50s. The CAM overestimated toxicity, but had its best prediction when based on water concentrations. Over all, the best fit to observed mortality was the prediction by the MEAM, based on body concentrations. The measurement of bioaccumulated metals and the use of the MEAM could be important in field site assessments since it takes into account changes in bioavailability due to different site water chemistries whereas the traditional CAM based on water concentration does not.

A literature review of metal mixture interaction analyses identified that there was not a consistent method to determine the impact of metal mixtures on an aquatic organism. The review also revealed that a majority of the research on mixtures made use of water concentrations only. Therefore research was conducted to determine the relationship between exposure, bioaccumulation and chronic effects of the four elements As, Co, Cr and Mn individually. Mechanistically based saturation models of bioaccumulation and toxicity were determined for the benthic invertebrate Hyalella azteca, from which lethal water concentrations and body concentrations were also determined. These models were then combined with those previously done for the metals Cd, Cu, Ni, Pb, Tl and Zn to model the impact of 10 metal mixtures on bioaccumulation in short term (1-week) exposures and on bioaccumulation and toxicity in chronic (4-week) exposures at “equi-toxic” concentrations. Interactions between the metals were identified in which; Cd, Co and Ni bioaccumulations were significantly inhibited, Tl and Zn bioaccumulations were marginally inhibited, there was no impact on Cr, Cu or Mn bioaccumulation, and both As and Pb bioaccumulation were enhanced by some mixtures of metals. It was determined that strict competitive inhibition may be a plausible mechanism of interaction affecting Co, Cd and Ni bioaccumulation but not for any of the other metals. However, it is possible that other interactions such as non-competitive or anti-competitive inhibition may have been responsible. A metal effects addition model (MEAM) was developed for Hyalella azteca based on both the bioaccumulation (body concentrations) to effects and the exposure (water concentration) to effects relationships developed from the single metal only studies The MEAM was used to predict the impact of metal mixture exposures on mortality. Toxicity was under-estimated when based on measured water or body concentrations, however, its best prediction was based on body concentrations. The MEAM, when based on measured body concentrations, takes bioavailability into account, which is important since the chemical characteristics of water can greatly alter the bioavailability and therefore toxicity of metals. The MEAM was compared to the traditional Concentration Addition Model (CAM), which calculates toxic units based on water concentrations and LC50s or body concentrations and LBC50s. The CAM overestimated toxicity, but had its best prediction when based on water concentrations. Over all, the best fit to observed mortality was the prediction by the MEAM, based on body concentrations. The measurement of bioaccumulated metals and the use of the MEAM could be important in field site assessments since it takes into account changes in bioavailability due to different site water chemistries whereas the traditional CAM based on water concentration does not.

Les nanotubes de carbone forment une structure quasi-unidimensionnelle de diamètre nanométrique, dont les propriétés mécaniques et électroniques, en particulier leur remarquable conductivité électrique, présentent un grand potentiel pour la conception de dispositifs électroniques. Les nanotubes fonctionnalisés, c’est-à-dire dont la paroi a été chimiquement modifiée, présentent aussi un intérêt majeur pour leur mise en œuvre facilitée et pour la formation d’une interface active entre le nanotube et l’environnement, cette dernière étant essentielle pour la conception de nanocapteurs chimiques et biologiques. La présente thèse porte sur l’étude des mécanismes gouvernant le transport électrique dans les nanotubes de carbone et leurs dérivés fonctionnalisés. Les travaux, de nature expérimentale, ont été réalisés sur des dispositifs électroniques constitués d’un nanotube individuel monoparoi ou biparoi, additionné de groupes fonctionnels au besoin. En première partie, on s’intéresse à l’effet de la dimensionnalité sur les mécanismes d’injection des porteurs de charge au niveau des contacts électriques avec le nanotube. En seconde partie, on étudie l’effet de la fonctionnalisation covalente sur les propriétés de transport électrique des nanotubes, et on montre notamment que l’impact de l’addition des greffons varie fortement selon leur valence et qu’il est possible d’obtenir des nanotubes fonctionnalisés avec une bonne conductance. En troisième partie, on explore les phénomènes de saturation du courant et de claquage électrique survenant à haut voltage. Enfin, on discute de l’impact des résultats obtenus sur l’avancement de la compréhension des mécanismes de transport électrique dans les systèmes hautement confinés, ainsi que des perspectives fondamentales et technologiques ouvertes par ces travaux. / Carbon nanotubes are highly promising for building electronic devices because of their quasi-unidimensional nanometer-sized geometry, and their mechanical and electronic properties, including their remarkable electrical conductance. Their functionalized derivatives, in which the nanotube sidewall is chemically modified, are also interesting for their better processability and for creating a chemically active interface between the nanotube and the environment, which is essential for applications such as nanosensors or biosensors. In this thesis, we study the mechanisms governing electrical transport in carbon nanotubes and their functional derivatives. Our experimental work was performed on electronic devices made of individual single-walled or double-walled carbon nanotubes, with or without functional adducts. In the first part, we focus on the effect of reduced dimensionality on the physics of charge injection at electrical contacts. In the second part, we study the effect of covalent functionalization on carbon nanotubes electrical transport properties. We show that the impact of chemical addition is strongly dependent on graft valence, and that it is possible to produce covalently functionalized carbon nanotube devices with excellent electrical conductance. In the third part, we explore current saturation and electrical breakdown phenomena occurring at high bias. Finally, the impact of our results on the global understanding of electrical transport in highly confined systems is discussed, along with fundamental and technological perspectives unveiled by our work.

Le glaucome représente la première cause de cécité irréversible à l’échelle mondiale. C’est une maladie neuro-dégénérative caractérisée traditionnellement par une pression intraoculaire (PIO) élevée, un dommage du nerf optique et un défaut du champ visuel correspondant. En fait, la PIO élevée constitue le facteur de risque central associé au développement du glaucome. Cependant, en dépit d’un contrôle adéquat de la PIO, la maladie continue à progresser chez certains patients. Cela montre qu’il existe d’autres facteurs impliqués dans la pathogenèse du glaucome. Des études récentes indiquent qu’un dérèglement de l’oxygène est associé à son développement. En utilisant une nouvelle technologie multi-spectrale capable de mesurer la saturation en oxygène (SaO2) dans les structures capillaires de la rétine, cette étude tentera de déterminer si un état d’oxygénation anormal pourrait se retrouver à la papille optique des patients souffrant de glaucome. Une meilleure compréhension du rôle de l’oxygène pourrait aider à améliorer le pronostic du glaucome. Les résultats de l’étude indiquent que le facteur de position (supérieure, temporale et inférieure de la papille optique) n’a aucun effet sur la mesure SaO2 ainsi que sa variabilité chez les patients normaux. La comparaison de la SaO2 entre les sujets normaux et glaucomateux ne montre pas de différence statistiquement significative. En conclusion, la SaO2 «normale» mesurée dans les yeux glaucomateux n'exclut pas nécessairement que l'hypoxie ne soit pas impliquée dans la pathogenèse. Au moment de l’étude, la PIO était bien contrôlée par des médicaments topiques, ce qui pourrait influencer l’oxygénation à la papille optique. / Glaucoma is the leading cause of irreversible blindness worldwide. Traditionally, open-angle glaucoma was defined as a neurodegenerative disease characterized by high intraocular pressure (IOP), progressive retinal cell death with subsequent visual field loss. Elevated IOP has been identified as one of the major risk factors for glaucomatous optic nerve damage. However, adequate IOP control cannot prevent progression of the disease in all patients suggesting that there are other factors involved in the pathogenesis of glaucoma. Recent studies suggest that hypoxia may contribute to the development of glaucoma. Using a new multi-spectral detection system of oxygen saturation (O2Sa), this study determined whether an abnormal state of oxygenation at the optic disc could be found in glaucoma patients. Knowledge about the influence of the oxygen in glaucoma may help to improve the pronostic of the disease. The results of the study indicate that the position factor (superior, temporal and inferior of the optic nerve head) has no effect on the measurement of O2Sa and its variability in normal patients. Comparing the O2Sa between normal subjects and glaucoma subjects shows no statistically significant difference. In conclusion, the «normal» O2Sa measured in glaucomatous eyes does not necessarily exclude that hypoxia is not involved in the pathogenesis of glaucoma because glaucoma patients were under treatment with topical drops that lowered IOP. These medicines could affect the oxygenation of the optic disc.

Cette étude a pour but de documenter la relation qui existe entre les propriétés de transfert d’un matériau (répartition en taille de pores, porosité totale accessible à l’eau, saturation en eau), et son coefficient de diffusion. Pour cela, des matériaux ayant une porosité quasi-monomodale sont utilisés : verres Vycor® et géopolymères ; ainsi que des matériaux ayant une porosité complexe : pâtes de ciment CEM V. L’utilisation des verres Vycor® et des géopolymère permet de quantifier la diffusion gazeuse, en fonction de la saturation en eau, de matériaux ayant des pores de même dimension, ou du moins, de même ordre de grandeur. L’utilisation des pâtes de ciment permet quant à elle, de vérifier s’il est possible de décomposer le coefficient de diffusion d’un matériau dont la porosité est complexe, en un assemblage de coefficients de diffusion de matériaux dont la porosité est quasi-monomodale. Pour cela, on s’attachera à particulièrement à étudier l’impact de l’agencement du réseau poreux sur le coefficient de diffusion.Les travaux se décomposent en trois parties :• Etude des caractéristiques géométriques du réseau poreux des matériaux étudiés. Il sera utilisé la porosimétrie par intrusion de mercure, la porosimétrie à eau, des essais de sorption / désorption d’azote, et des essais de désorption d’eau.• Mesure expérimentale du coefficient de diffusion des matériaux, en fonction de leur humidité relative de stockage et de leur saturation en eau.• Modélisation du coefficient de diffusion des matériaux utilisés, et étude de l’impact de l’agencement de leur réseau poreux (tortuosité, connexion des pores entre eux) / This work documents the relationship that exists between the transfer properties of a material (pore size distribution, total porosity accessible to water, water saturation degree), and its diffusion coefficient. For this sake, materials having a quasi mono modal porosity are used: Vycor® glasses and geopolymers. We also use materials having a complex porosity: CEM V cement pastes. The use of Vycor® glasses and geopolymers allows quantifying the gas diffusion coefficient through materials having known pores size, as a function of their water saturation degree. The use of cement pastes allows checking if it is possible to decompose the diffusion coefficient of a complex porosity material, in an assembling of diffusion coefficients of quasi mono modal porosity materials. For this sake, the impact of pore network arrangement on the diffusion coefficient is studied in great details. This study is divided into three parts:• Measurement of the geometric characteristics of materials porous network by means of the mercury intrusion porosimetry, water porosimetry, isotherms of nitrogen sorption / desorption, and water desorption tests.• Measurement of the materials diffusion coefficient, as a function of their relative humidity storage, and their water saturation degree.• Modeling the diffusion coefficient of the materials, and study the impact of the pore network (tortuosity, pores connection)

Les moteurs thermoacoustiques sont des oscillateurs autonomes constitués d'un résonateur acoustique partiellement occupé par un matériau poreux (stack) soumis à un important gradient de température grâce à un apport de chaleur externe. Lorsque le gradient de température imposé le long du stack devient supérieur à un certain gradient critique, appelé seuil de déclenchement, l'interaction fluide-parois se traduit par l'amplification d'une onde acoustique auto-entretenue de fort niveau sur le mode le plus instable du résonateur. L'objet des travaux présentés dans ce mémoire est double. D'une part, il est de proposer un formalisme pour la description du fonctionnement de moteurs thermoacoustiques facilement généralisable à l'ensemble de ces systèmes, qu'ils soient à ondes stationnaires ou à ondes progressives. D'autre part, il est de proposer une approche expérimentale pour la caractérisation du noyau thermoacoustique (incluant le stack et la portion de guide inhomogène en température), qui permette de décrire le comportement de systèmes thermoacoustiques sans formuler d'hypothèses sur la forme du champ de température ou la géométrie du stack.Une modélisation analytique des conditions marginales de stabilité et du taux d'amplification de l'onde est tout d'abord proposée, basée sur l'écriture des matrices de transfert des différents éléments qui constituent le moteur. Ces matrices de transfert associées aux conditions aux limites du système étudié conduisent à une équation caractéristique dont la forme dépend de la géométrie de moteur considérée. La solution de cette équation est une pulsation acoustique complexe dont la partie imaginaire correspond au coefficient d'amplification thermoacoustique.La mesure de la matrice de transfert du noyau thermoacoustique constitue la partie expérimentale des travaux exposés. Elle est réalisée pour différentes conditions de chauffage au moyen d'une méthode à quatre microphones. Dans un premier temps, les résultats expérimentaux sont introduits dans le modèle développé précedemment pour prédire le seuil de déclenchement de divers moteurs thermoacoustiques équipés de ce noyau. Les résultats obtenus grâce à cette méthode sont très proches des observations expérimentales, validant ainsi le banc de mesure et le modèle décrivant les conditions de stabilité. Dans un second temps, les données expérimentales sont utilisées pour affiner un modèle analytique décrivant les mécanismes couplés de propagation acoustique et de transport de la chaleur dans le noyau thermoacoustique : ceci permet notamment d'ajuster les valeurs de paramètres acoustiques et thermiques au moyen d'une méthode inverse.Au-delà du seuil de déclenchement, l'amplification et la saturation de l'onde résultent pour une bonne part du transport de chaleur thermoacoustique et de la convection forcée liée à la génération d'un écoulement redressé (vent acoustique), ces deux mécanismes étant généralement responsables d'une dynamique d'évolution complexe de l'amplitude de pression acoustique au cours du régime transitoire. La dernière partie de ces travaux est consacrée à l'introduction de ces deux effets dans le modèle décrit ci-avant, donnant ainsi accès à la description du régime transitoire de l'onde. Une modélisation simplifiée des transports de chaleur associés au vent acoustique de Rayleigh est notamment proposée, qui permet de montrer que cet effet joue vraisemblablement un rôle important dans la dynamique des régimes transitoires observés expérimentalement dans un générateur thermoacoustique quart d'onde. / Thermoacoustic engines are autonomous oscillators generally made of an acoustic resonator, partially filled with a porous material (stack) submitted to a strong, externally supplied, temperature gradient. When the imposed temperature gradient along the stack becomes larger than a critical value, called the onset threshold, the interaction between the fluid and the solid plates leads to a high-level self-sustained acoustic wave at the frequency of the most unstable mode of the resonator. The purpose of the work presented in this report can be separated into two parts. On the one hand, a theoretical modelling is proposed for the description of thermoacoustic engines, which is derived for standing-wave thermoacoustic systems as well as for travelling-wave systems. On the other hand, an experimental approach is proposed for the characterisation of the thermoacoustic core (corresponding to the stack and the thermal buffer tube), allowing to describe the behaviour of thermoacoustic systems without making any assumptions concerning the shape of the temperature profile or the stack geometry. An analytical network modelling of thermoacoustic engines is proposed for the calculation of the threshold conditions and the amplification rate of the acoustic wave. The transfer matrices, combined with appropriate boundary conditions, lead to the derivation of the characteristic equation of the system. The solution of this equation is a complex angular frequency whose imaginary part represents the thermoacoustic amplification coefficient.The experimental part of this work consists in measuring the transfer matrix of the thermoacoustic core. This is realized for several heat supply conditions, by means of a four-microphones method. First, these experimental results are used for the prediction of onset conditions of standard thermoacoustic engines equipped with the thermoacoustic core. The results obtained with this method are very close to the experimental observations, which allow to judge of the consistency of the experimental apparatus and of the model describing the stability conditions. Second, the experimental datas are used in order to fit an analytical model describing the coupled mechanisms of acoustic propagation and heat transfers in the thermoacoustic core : this allows to estimate the values of acoustic and thermal parameters using an inverse method.Beyond the onset threshold, the amplification and saturation of the wave essentially result from the thermoacoustic heat flux and the convection coming from the generation of a mass flow (acoustic streaming). Both these mechanisms are generally responsible of complicated dynamics for the transient acoustic pressure amplitude. The last part of this work is dedicated to the introduction of both these effects in the previously described model, which leads to the calculation of the transient regime. A simplified modelling of Rayleigh streaming enhanced heat transfers is proposed, which allows to show that this effect may play an important role in the transient dynamics observed in an experimental quarter-wavelength thermoacoustic engine.