C'est la surface, et non le matériau qui interagit avec l'environnement. Par conséquent, en modifiant la surface d'un matériau de manière contrôlée, nous pouvons moduler ces interactions avec son environnement. Les sels d'aryles diazonium semblent très adaptés pour modifier les propriétés de surface de matériaux de par leurs diversités structurelles et leur capacité à modifier des surfaces conductrices par électrochimie. Ce travail de thèse se concentre sur l'étude du transfert électronique au travers de couches organiques de différentes épaisseurs (monocouches, couches ultraminces et multicouches), générées par électro-réduction de sels d'aryles diazonium. La molécule électroactive étudiée peut être alors soit fixée à la surface du matériau ou en solution. Différentes méthodes électrochimiques ont été utilisées au cours de cette thèse : CV, EIS et SECM. Dans un premier temps, l'étude des propriétés électrochimiques de surfaces carbonées modifiées par des monocouches d'alkyle-ferrocène a été entreprise dans différents solvants ; ainsi que leur évaluation pour des applications en stockage d'énergie. La deuxième étude s'intéresse à l'utilisation d'une approche « bottom-up » pour la fabrication de surfaces organisées. Des substrats de carbone et d'or ont été modifiés par électro-réduction d'un sel d'aryle diazonium pré-organisé en forme de tétraèdre. Ceci aboutit à l'obtention d'un film organique ultra-mince possédant des propriétés de tamisage moléculaire et de rectification de courant électrochimique vis-à-vis de sondes redox en solution. La troisième étude s'est ensuite focalisée sur la réaction de réduction du dioxygène et de ses intermédiaires, qui présentent un intérêt général aussi bien dans des processus naturels qu'en industrie. La détection de ces intermédiaires a été entreprise par SECM, utilisant une stratégie « d'empreinte » utilisant différentes couches organiques sensibles. L'influence du potentiel appliqué et de l'électrolyte a été étudiée. Dans ce travail, nous avons démontré que les propriétés électrochimiques de sondes redox en solution ou greffées à la surface d'un matériau peuvent être modulées par l'utilisation de couches organiques. Ces recherches fondamentales présentent un intérêt dans des domaines tels que le stockage d'énergie et la catalyse. / It is the surface, not the bulk material that interacts with the surrounding environment; hence by altering the surface in a controlled manner we can modulate the properties of the material towards its environment. Aryldiazonium salts are suitable to tailor the surface properties since their structural diversity and their electrochemically-assisted bonding ability to modified conducting surfaces. This thesis focuses on the study of the electron transfer through different aryl layers by aryldiazonium electro-reduction at three different thickness levels, monolayer, near-monolayer, and multilayer, when the electroactive molecule is attached to the surface or in solution. Three different electrochemical methods have been used throughout this thesis, CV, EIS and SECM. The first study of this thesis focused on the investigation of the electrochemical properties of alkyl-ferrocene on-carbon monolayers in different solvents and its evaluation for improving the global charge density of carbon materials for energy storage applications. The second study used a bottom-up approach for the fabrication of well-organized surfaces. Carbon and gold substrates were modified by electro-reduction of a tetrahedral-shape preorganized aryldiazonium salt resulting in an ultrathin organic film that showed molecular sieving and current rectification properties towards redox probes in solution. The third study then focused on the oxygen reduction reaction and its intermediates, which are of general importance in natural and industrial processes. Detection of intermediates was achieved by SECM in a foot-printing strategy based on the use of different sensitive aryl multilayers. The role of the applied potential and electrolytes was investigated. Here we have demonstrated that the electrochemical properties of redox probes attached to a surface or in solution can be modulated by introducing aryl layers allowing fundamental research investigations of interest in fields such as energy storage and catalysis.

Au cours de ce travail de thèse ont été développés des outils théoriques (simulation) et expérimentaux (tracking) d’investigation des mécanismes sous-jacents aussi bien aux phénomènes de choix collectifs d’exploitation de sources de nourriture qu’à la gestion collective de cette dernière lors de la constitution des stocks de nourriture au sein d’une colonie de fourmis. Un premier volet de mon travail a concerné l’influence des caractéristiques physiques de l’environnement extérieur à la colonie sur les choix collectifs des fourmis en termes d’exploitation de ressources alimentaires. A la sortie du nid, les fourmis montrent une nette préférence pour un chemin ascendant plutôt que descendant vers des sources de nourriture pourtant identiques. Ce choix s’explique notamment par un mécanisme de demi-tour au niveau individuel face à une pente descendante dont l’effet est renforcé par des feedbacks positifs inhérents au phénomène de recrutement. Les capacités d’orientation et d’intégration du parcours entre le nid et la source de nourriture ont également été testées. Un chemin menant du nid à la source de nourriture selon une trajectoire parfaitement rectiligne est largement plus emprunté qu’un chemin impliquant un angle (135°) à mi-parcours bien que la distance absolue entre le nid et les deux sources de nourriture soit identique. Ce choix est expliqué par des durées de trajets de retour au nid plus longues sur le chemin avec un angle que celles sur le chemin rectiligne, conséquence de désaccords entre la direction à emprunter pour retourner au nid et le phénomène d’intégration de chemin observé chez les fourmis. Un second volet de ma thèse a été consacré à l’étude des dynamiques et régulations à l’oeuvre au sein des phénomènes de dissémination collective et d’accumulation de nourriture au niveau intranidal. Ces questions ont été abordées par des méthodes d’analyses complémentaires mêlant des approches théoriques et expérimentales ayant permis d’établir les liens entres les hétérogénéités comportementales au niveau individuel et les résultantes de ces comportements au niveau collectif. Le marquage individuel des fourmis à l’aide d’une méthodologie également développée au cours de cette thèse, a permis la construction du réseau de trophallaxies au sein deux espèces de fourmis. Malgré des différences au niveau biologique, celles-ci présentent des similarités comportementales :chacune montre une nette hétérogénéité interindividuelle dans le niveau de participation à l’activité de dissémination de la nourriture dans le nid. Des simulations basées sur les données expérimentales montrent que ces hétérogénéités individuelles conduisent à l’émergence d’un réseau de diffusion de nourriture plus efficient que si la colonie était parfaitement homogène. De plus, il a été montré que la structure des réseaux de distribution de nourriture après une longue période d’affamement n’est pas affectée par la qualité de la nourriture, suggérant une résilience des structures fondamentales de l’organisation sociale face à la variabilité des ressources. Ainsi ce travail, par son approche complémentaire entre modélisation fonctionnelle et expérimentation se veut également être une synthèse et une intégration de l’essentiel des connaissances actuelles des lois régissant la gestion collective des ressources alimentaires chez les fourmis. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, environ 30% de la population mondiale souffre de carence en fer. Une des stratégies proposées afin d’endiguer l’anémie due à cette carence est d’augmenter le contenu en fer et sa disponibilité dans les parties consommées des plantes, en particulier les graines. Pour répondre à ce défi, il est important de comprendre les mécanismes de stockage du fer dans la graine. Chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, le fer est stocké au sein des vacuoles des cellules entourant les tissus vasculaires de l’embryon. Le transporteur AtVIT1 est impliqué dans l’entrée de fer au sein de ces vacuoles. Le mutant vit1-1 présente un patron de distribution du fer modifié : le fer est accumulé dans les cellules sous épidermiques abaxiales des cotylédons et les cellules corticales de la radicule. AtNRAMP3 et AtNRAMP4 fonctionnent de manière redondante permettant la sortie du fer vacuolaire lors de la germination. En conditions de carence en fer, le double mutant nramp3nramp4 présente un arrêt développemental associé à une forte chlorose dus à son incapacité à utiliser ses stocks de fer vacuolaire. Pour identifier de nouveaux gènes impliqués dans l’homéostasie du fer au sein de la graine, nous avons criblé une population de double mutant nramp3nramp4 mutagénisé à l’EMS à la recherche de suppresseurs du phénotype du double mutant sur un milieu carencé en fer. Nous avons nommés ces mutants isv pour “bypass iron storage in vacuoles”. Nous avons confirmé et classifié 29 candidats selon le patron de distribution du fer de leurs embryons : 20 présentent un patron similaire au type sauvage, 3 dont le patron est semblable à celui du mutant vit1-1 et enfin 6 ne présentent pas de colorations dans la plupart de leurs embryons. Les 3 mutants isv présentant un patron similaire à vit1-1ont été caractérisés de manière plus approfondie. Chez deux d’entre eux, nous avons démontré que des mutations dans le gène AtVIT1 sont responsables du phénotype suppresseur. Ce résultat établit un lien génétique et fonctionnel entre le stockage du fer dans les vacuoles endodermiques par AtVIT1 et sa libération par AtNRAMP3 et AtNRAMP4. Le troisième mutant isv au patron semblable à vit1-1 ne porte pas de mutations dans la séquence codante d’AtVIT1. L’identification du gène affecté apportera sans doute des informations sur la régulation de VIT1. Enfin, pour sept autres mutants isv, nous disposons actuellement des populations F2 dont l’analyse par séquençage haut débit permettra de déterminer la mutation responsable du phénotype suppresseur. / Over 30% of the world population is iron deficient (WHO resources). One strategy proposed to fight iron deficiency is to improve iron (Fe) content and availability in crops, especially in seeds. To address this challenge, it is crucial to decipher the mechanisms that control Fe storage during seed development. In Arabidopsis thaliana seeds, iron is stored in the vacuoles of cells surrounding the vasculature of the embryo. The AtVIT1 transporter is involved in Fe influx into vacuoles. The vit1-1 mutant displays an altered Fe pattern: Fe is accumulated in abaxial cells of the cotyledons and radicle peripheral cells. AtNRAMP3 and AtNRAMP4 function redundantly in Fe retrieval from vacuoles during germination. When germinated under iron deficient conditions, nramp3nramp4 double mutant development is altered as a consequence of impaired Fe mobilization. To identify novel genes involved in seed Fe homeostasis, we screened an EMS mutagenized population of nramp3nramp4 for mutations restoring the growth of nramp3nramp4 on low Fe. We named these mutants isv for “bypass iron storage in vacuoles”. The 29 confirmed isv mutants identified by the screen have been classified according to the iron localization pattern in their embryo after Perls/DAB staining: 20 display a wild type pattern, 3 display a pattern of Fe localization similar to vit1-1 mutant and 6 do not show any staining in most embryos. The three isv mutants displaying a vit1-1 like pattern were further investigated. In two of them, mutations in the AtVIT1 gene were shown to be responsible for the suppressor phenotype. This result establishes a genetic and functional link between Fe loading in endodermal vacuoles by AtVIT1 and its retrieval by AtNRAMP3 and AtNRAMP4. The third isv mutant with a vit1-1 like iron localization pattern does not carry any mutation in AtVIT1 coding sequence. Identification of the mutated gene will likely uncover molecular mechanisms regulating VIT1 action. For seven other confirmed isv mutants, F2 populations are available. High-throughput sequencing of batched segregants from these F2 populations will allow to map and identify the mutations causing the suppression.

Les matériaux nanostructurés multifonctionnels à base de terre rare (R) et métal de transition (T) présentent un intérêt croissant dans la recherche scientifique. Le développement de cet axe est basé sur la maitrise de la structure fondamentale et le comportement de la matière à l’échelle nanométrique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés aux alliages Pr5Co19, leurs dérivés carburés et hydrurés. Ce système cristallise dans la structure rhomboédrique de type Ce5Co19 de groupe d’espace R-3m. Le composé Pr5Co19 présente une transition magnétique de l’état ferromagnétique à l’état paramagnétique à 690 K. Une anisotropie uniaxiale avec un champ coercitif de l’ordre de 1.5 T ont été enregistrés à la température ambiante.Par ailleurs, Nous avons observé que l’insertion d’un élément léger tel que le carbone ou l’hydrogène est un moyen efficace permettant d’augmenter la température de Curie par rapport au composé parent. Les nanomatériaux, de formule générale Pr5Co19Hx, présentent des cycles d’absorption et désorption réversibles, avec une capacité d’absorption de l’hydrogène égale à 12H/f.u, soit 0.5 hydrogène par maille (H/M) au total.Parallèlement, nous nous sommes intéressés à l’étude de l’effet magnétocalorique des intermétalliques de type Pr-Co. Le composé Pr5Co19 présente un effet magnétocalorique géant de l’ordre de 5.2 J/kg.K pour un faible champ appliqué.Les nanomatériaux intermétalliques de type Pr5Co19 peuvent être ainsi considérés comme des composés multifonctionnels. Grâce à leurs propriétés structurales, magnétiques et magnétocaloriques, ils s’avèrent être de bons candidats dans le domaine des aimants permanents, mais aussi pour la réfrigération magnétique à haute température et pour le stockage de l’hydrogène, vu le besoin croissant en énergie alternative moins polluante / Multifunctional nanomaterials based on rare-earth (R) and transition metal (T) present a major interest in scientific research. We are interrested in the Pr5Co19 alloy. This system crystallizes in the rhombohedral Ce5Co19-type structure with space group R-3m. The Curie temperature Tc is about 690 K. We determined the value of the magnetization at saturation MS = 83 Am2 / kg using the approach law to saturation. A uniaxial anisotropy with a coercive field equal to 1.5 T at room temperature were obtained.Moreover, we have observed that the insertion of a light element such as carbon or hydrogen, allows to increase the Curie temperature of the system. The Pr5Co19Hx hydrides present a reversible cycle of absorption/desorption, with a hydrogen absorption capacity equal to 12H / f.u, or 0.5H / M in total.We are also interested in the study of the magnetocaloric effect of the intermetallics Pr-Co type. We have shown that Pr5Co19 compound has a giant magnetocaloric effect, of about 5.2 J / kg.K at low field.The intermetallic nanomaterials Pr5Co19 could be used as a multifunctional compound. These results indicate that it is an attractive alloy due to its structural, magnetic and magnetocaloric properties. It could be good candidates for permanent magnets, but also for magnetic refrigeration at high temperature and for hydrogen storage

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études sur le stockage des déchets radioactifs HA/MAVL en couches géologiques profondes. L’objectif est de tester la capacité des codes couplés chimie-transport à prendre en compte l’impact des variations de porosité sur le transport des solutés, et ce, en concevant des expériences de diffusion colmatage/dissolution les plus simples possibles, pour limiter au maximum le nombre de degrés de liberté du système.Pour ce faire, des montages expérimentaux de type « diffusion traversante » ont été adaptés pour l’étude de différents milieux poreux de complexité croissante : du sable compacté, des frittés de verre, de la craie, du grès jusqu’aux matériaux proches de ceux envisagés dans le cadre d’un stockage, les argilites de Tournemire. En même temps qu’une expérience de diffusion de traceur inerte, des réactions de précipitation (oxalate de calcium, gypse ou barytine) ou de dissolution (attaque acide de la craie) ont été réalisées, de manière à évaluer leur influence sur le flux diffusif de ces traceurs. En fin d’expérience, les milieux poreux et les précipités ont été caractérisés par MEB-EDS. Enfin, ce large jeu de données a permis de tester un des codes de chimie-transport utilisé dans cette thèse, le code Crunch. Les résultats obtenus à partir des premières expériences de diffusion/colmatage réalisées au travers des sables et des frittés de verre tendent à démontrer que le premier montage expérimental utilisé n’était pas adapté à ces milieux poreux très perméables. Les courbes de flux sont en effet très bruitées, et les observations des solides au MEB ne révèlent pas l’existence d’un front de précipité, comme attendu, mais seulement de nouvelles phases éparpillées au sein des milieux poreux. Ceci est à mettre en lien avec de possibles écoulements parasites de solution lors des prélèvements.En revanche, les expériences réalisées au travers de la craie, qui est plus imperméable, n’ont pas été entachées par ces artefacts. Dans ce cas, il a été clairement observé au MEB un front de précipitation au sein de la craie, dont l’effet sur les flux diffusifs de traceurs de l’eau (HTO ou HDO), est plus ou moins important suivant le type de précipité. Ainsi, d’un côté, la cellule avec précipitation de barytine est impactée dès le départ par le colmatage, avec une baisse continue du flux de HDO, qui peut être jusqu’à 40 fois plus faible que le flux mesuré dans le milieu poreux sain. En revanche, la cellule avec précipitation de gypse est impactée beaucoup plus tardivement par le colmatage (70 jours après le lancement de l’expérience), et de manière moins marquée, avec des valeurs de flux baissant d’un facteur 3 par rapport à celles mesurées dans le milieu sain. Tout ceci tend à suggérer que l’efficacité du colmatage est plus liée à la nature du minéral qu’à la quantité précipitée, la barytine étant probablement plus dense et moins poreuse que le gypse. En plus, après plus de deux mois d’expérience, le flux de HTO de la cellule contenant l’échantillon d’argilite de Tournemire ne montre aucun impact en lien avec l’éventuelle précipitation de gypse, ce qui est cohérent avec les très faibles coefficients de diffusion mesurés dans cette roche. En outre, pour les frittes de verre, on a vu un léger effet de la précipitation de la barytine sur la diffusion. En ce qui concerne la simulation, les premiers essais réalisés avec Crunch n’ont pas permis de reproduire les résultats expérimentaux, particulièrement ceux issus de l’expérience de diffusion/précipitation de barytine. Ceci peut s’expliquer par la façon dont sont prises en compte les lois cinétiques dans le code, mais plus probablement par la formulation de facto trop empirique de la loi d’Archie, utilisée pour relier l’évolution du coefficient de diffusion à celle de la porosité / This phD is in the frame of nuclear waste storage . The purpose is to test the ability of coupled chemical transport code to study the impact of porosity changes on solute transport, by designing clogging/dissolution experiments .To do this, experimental setups "through-diffusion" have been adapted to study the various porous media with increasing complexity: the compacted sand, glass frit , the chalk, sandstone close up to the materials used in the context of a storage, argillites Tournemire. Together with an inert tracer, diffusion experiment, precipitation reactions (calcium oxalate, gypsum or barite) or dissolution (acid attack chalk) were performed to assess their influence on the diffusive flux of these tracers. At the end of experience, the porous media and precipitates were characterized by MEB-EDS. Finally, this large data set was used to test one of the coupled chemical transport codes used in this phD, the Crunch code. The results from the first diffusion / clogging experiments performed through sand and glass frits show that the first experimental setup was not suited to such highly permeable porous media. The flux Curves are very noisy, and SEM observations do not reveal the existence of a precipitate front, as expected, but only new scattered phases in porous media. This is due to possible parasitic flow solution during sampling. In contrast, experiments through the chalk, have not been touched by these artifacts. In this case, it was clearly observed by SEM a precipitated front within the chalk, the effect on diffusive flux of water tracers (HTO and HDO) is more or less important depending on the type of precipitate. Thus, on the one hand, the cell with barite precipitation is impacted from the start by clogging , with a continued decrease of the HDO flux , which can be up to 40 times lower than the flux measured in the porous media without clogging. However, the cell with gypsum precipitation is affected much later by the clogging (70 days after the start of the experiment), and less markely, with flux values lowering a factor of 3 compared to those measured in healthy environment. All this tends to suggest that the efficiency of the clogging is more related to the nature of mineral than the precipitated amount, barite is probably denser and less porous than gypsum. In addition, after more than two months of experience, the HTO flux of the cell containing the Argilite Tournemire sample shows no impact related to the possible gypsum precipitation, which is consistent with the very low diffusion coefficients measured in this rock. In addition, for glass frits, there has been a slight effect of the barite precipitation on the flux. With regard to the simulation, the tests carried out with Crunch did not permit to reproduce the experimental results, particularly those from the diffusion / precipitation barite experiment. This can be explained by the way are considered kinetic laws in the code, but more probably to empirical formulation of the Archie law, used to link the evolution of diffusion coefficient with the porosity .

La forte consommation des énergies fossiles au niveau mondial entraine une raréfaction de ces ressources et met en danger l'équilibre environnemental global du fait de la pollution qu'elle engendre. D'autres sources d'énergie dites renouvelables se développent afin de proposer un mix énergétique très diversifié et progressivement décarboné. Par exemple, dans un contexte urbain, le solaire photovoltaïque présente de nombreux atouts comme la possibilité de produire de l'électricité de façon décentralisée, l'intégration aisée dans les bâtiments et infrastructures publiques, la réduction des pertes liées au transport de l'électricité, pas de pollution sonore, pas ou peu d'impact sur l'écosystème environnant, etc. Cependant, cette source est très intermittente et difficilement prédictible (diverses échelles de temps liées au passage de nuages, cycle diurne ou cycle saisonnier) et doit être implantée dans des endroits sans ombrage d'infrastructure pour assurer la meilleure production et durée de vie. De plus, sa production n'est généralement pas temporellement en phase avec des profils de consommation de type résidentiel ou tertiaire. Afin de répondre à la problématique d'intégration des énergies renouvelables dans nos réseaux électriques conventionnels, l'usage de moyens de stockage, par exemple de type électrochimique, semble aujourd'hui la meilleure solution, en considérant le coût, la sécurité d'approvisionnement, la maturité technologique et la facilité de mise en œuvre. Ainsi, de nouveaux micro-réseaux constitués de sources décentralisées et d'éléments de stockage apparaissent en concurrence du réseau centralisé conventionnel ou en complément de ce dernier afin d'atteindre de nouveaux objectifs (stabilité accrue du réseau, mode isolé de secours en cas de panne avec possibilité d'aider le redémarrage du réseau principal, remplacement de générateurs diesel auxiliaires, etc.). Parmi les grandes transformations actuelles, les consommateurs de plus en plus acteurs et peuvent injecter tout ou partie du surplus d'énergie produit vers le réseau ou choisir de consommer de l'énergie du réseau selon leurs souhaits. Un nouveau modèle économique se dessine avec la possibilité de voir apparaître de nouvelles tarifications de l'électricité notamment liées aux prestations assurant une plus grande robustesse du réseau. Durant cette thèse, plusieurs années de données de production et de consommation d'un bâtiment photovoltaïque ont été analysées pour définir les contraintes imposées à l'unité de stockage assurant l'équilibre du micro-réseau électrique. Un modèle de performance et de vieillissement a été élaboré pour trois technologies de stockage: batteries plomb- acide, batteries lithium-ion et supercondensateurs. Celui-ci permet le dimensionnement, l'association d'éléments de stockage et la gestion optimale des flux énergétiques au sein du micro-réseau. Divers critères permettant d'évaluer le fonctionnement des micro-réseaux ont également été étudiés comme le coût annuel de l'unité de stockage, le taux d'autoconsommation de l'énergie photovoltaïque, la quantité d'énergie qui n'a pas été fournie au consommateur, etc. Une approche multi-objective, basée sur le concept d'optimum de Pareto, a été mise en œuvre afin d'optimiser les aspects économique, environnemental et d'autonomie de fonctionnement des futurs réseaux électriques distribués. Un démonstrateur basse tension continue de quelques kilowatts a été développé pour valider les différents points étudiés dans cette thèse. / Because of our global high consumption of fossil fuels, these resources are becoming scarce and the environmental equilibrium of the Earth is endangered. Other energy sources are developed in order to build a new diversified and decarbonised energy mix. For example, in an urban context, the solar photovoltaic system has many assets such as the decentralized production of electricity, easy integration in buildings, transportation losses reduction, no sound during production, low environmental impact, etc. However, the production of this energy source is highly varying, difficult to predict (several timescales, from the cloud shadows to seasonal meteorological variations) and not correlated across time with our consumption needs. In order to enable a massive penetration of renewable energy sources in our conventional grid, the use of energy storage systems (e.g. electrochemical storage) seems a promising solution, taking into account the costs, supply security, technological maturity and ease of set up. Hence, new microgrids constituted by decentralized energy sources and energy storage systems have been developed in order to replace or complement the main centralized grid by ensuring some support functions (i.e. enhancement of the grid stability, black-start operation, replacement of diesel generators, etc.). The consumers become actors able to inject a part of all their surplus energy to the main grid, if the operation is accepted by the transmission system operator. A new business model is to define, especially in the case of putting a valuation on the functions that can help the main grid. During this thesis, several years of data from production and consumption of a photovoltaic building have been analysed in order to define the operating profile of an energy storage system that ensures the equilibrium of the microgrid. A behavioural model taking into account the ageing has been made for three storage technologies: lead-acid batteries, lithium-ion batteries, and supercapacitors. It enables the optimal sizing, the hybrid association of storage systems, and the optimal energy management of the microgrid. Several criteria assessing the operation of microgrids have been studied (e.g. annual cost of the storage system, self-consumption rate, loss of load probability, etc.). A multi-objective methodology, based on Pareto optimality, has been developed in order to optimize economic, environmental, and autonomy aspects. A low voltage DC prototype of some kilowatts has been developed for validating the different concepts presented in this thesis.

Cette recherche est basée sur une étude numérique de performances thermiques d'un habitat bioclimatique. Dans cette étude, nous avons considérés deux habitats bioclimatiques, l'un concernant un habitat classique de toiture en tôles d'aluminium, de faux plafond en laine de bois et le second, un habitat intégrant du panneau de MCP qui sépare la toiture en tuiles transparentes de l'enceinte parallélépipédique. Les équations de transfert de chaleur dans l'habitat sont basées sur la méthode nodale et sont déduites d'un bilan thermique établi pour les différents composants de l'habitat. Les transferts de chaleur dans l'unité de stockage sont axées sur la méthode enthalpique et purement conductif. Elles sont résolues par une méthode implicite aux différences finies et les algorithmes de Gauss et de Thomas. Nous avons analysé l'influence de certains paramètres tels que : le flux solaire, l'épaisseur du mur, la température maximale et minimale, et le taux de renouvellement d'air sur les distributions de températures des composants de l'habitat et de l'unité de stockage, les efficacités thermiques de stockage et de déstockage de l'unité de stockage. Une modélisation des phénomènes de transfert de chaleur dans l'habitat et dans l'unité de stockage est présentée, complétée par une simulation du fonctionnement du système basée sur les notions de journée type à travers les données météorologiques de la région de Ouagadougou et terminé par une analyse technico-économique. / This research is based on a numerical study of thermal performances of a bioclimatic habitat. In this study, we considered two bioclimatic habitats, one concerning a conventional aluminum roofing habitat, wood-wool false ceilings, and the second, a habitat incorporating a MCP panel that separates the roof into tiles transparent parallelepipedic enclosure. The heat transfer equations in the habitat are based on the nodal method and are deduced from a heat balance established for the different components of the habitat. The heat transfers in the storage unit are focused on the enthalpy and purely conductive method. They are solved by an implicit finite difference method and the Gauss and Thomas algorithms. We analyzed the influence of certain parameters such as: solar flux, wall thickness, maximum and minimum temperature, and the rate of air exchange on the temperature distributions of the components of the habitat and water. Storage unit, the thermal efficiencies of storage and retrieval of the storage unit. A modeling of the heat transfer phenomena in the habitat and in the storage unit is presented, completed by a simulation of the functioning of the system based on the notions of typical day through the meteorological data of the region of Ouagadougou and ended by a technical and economic analysis.

Cette thèse est consacrée à l'étude de composés riches en magnésium innovants destinés au stockage solide de l'hydrogène. Le but est de déstabiliser l'hydrure de Mg et d'accélérer sa cinétique de sorption par des effets d'alliage et de nano-structuration. La première famille de composés concerne les phases pseudo-binaires Mg6Pd1-xMTx (MT = Ni, Ag, Cu). Leurs propriétés structurales et les effets de substitution du Pd ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et microsonde de Castaing. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'hydrogénation de ces matériaux ont ensuite été déterminées par réaction solide-gaz. Différents mécanismes d'hydrogénation sont mis en jeu en fonction de l'élément de substitution. La nature des phases formées lors de la réaction d'hydrogénation modifie la stabilité des systèmes métal-hydrogène. Ainsi, la transformation de métal à hydrure est caractérisée par au moins deux plateaux de pression. Le premier plateau a lieu à une pression proche de celle de Mg/MgH2, alors que le second se produit à pression plus élevée. La détermination des valeurs d'enthalpie et d'entropie de réaction ont permis de quantifier la déstabilisation atteinte. Les meilleures cinétiques de désorption sont obtenues pour l'alliage au Ni, grâce à l'effet catalytique de la phase Mg2NiH4 formée lors de l'hydrogénation. La seconde approche vise à combiner les effets d'alliage et de nano-structuration. Des nanoparticules de Mg6Pd atteignant des tailles aussi petites que 3 nm sont confinées dans des matrices carbonées nano-poreuses. En comparant leurs propriétés d'hydrogénation à celles de l'alliage massif équivalent, on démontre non seulement que la cinétique de (dés)hydrogénation des nanoparticules est bien plus rapide, mais aussi que leur état hydrogéné est déstabilisé. Enfin, des nano-composites MgH2-TiH2 ont été synthétisés par broyage mécanique sous atmosphère réactive. L'ajout d'un catalyseur (TiH2) et la nano-structuration du Mg permettent de considérablement accélérer les cinétiques d'absorption et désorption d'hydrogène dans le Mg. Afin de comprendre le rôle de la phase TiH2 sur les propriétés cinétiques remarquables de ces nano-composites, leurs propriétés structurales ont été déterminées par diffraction des rayons X et des neutrons. L'existence d'une interface cohérente entre les phases Mg et TiH2 est d'importance majeure pour faciliter la mobilité de H au sein du nano-composite. De plus, il est démontré que les inclusions de TiH2 freinent la croissance de grain de Mg/MgH2, permettant ainsi de maintenir la nano-structuration des composés lors de leur cyclage / This thesis is dedicated to the study of novel magnesium-rich compounds for solid state hydrogen storage. The aim is to destabilize Mg hydride and accelerate its sorption kinetics by alloying and nanostructuration. The first family of compounds concerns the Mg6Pd1-xTMx (TM = Ni, Ag, Cu) pseudo-binary phases. Their structural properties and the effects of Pd substitution have been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and electron microprobe analyses. Their thermodynamics and kinetics of hydrogenation have been determined by solid-gas reaction. Different hydrogenation mechanisms take place depending on the substituting element. The stability of the metal-hydrogen system is altered by the nature of the phases formed during hydrogenation reaction. Thus, metal to hydride transformation is characterized by at least two absorption plateau pressures. The pressure of the first plateau is similar to that of Mg/MgH2 while the second one occurs at higher pressure. The enthalpy and entropy of reaction are determined to quantify the destabilizing effect of Pd by TM substitution. Best desorption kinetics are found for the Ni containing alloy thanks to the catalytic effect of the Mg2NiH4 phase formed on hydrogenation. The second approach aims to combine alloying with nanostructuration effects. Nanoparticles of Mg6Pd as small as 3 nm are confined into nanoporous carbon matrix. By comparing their hydrogenation properties with those of the bulk alloy, we demonstrate that not only the (de)hydrogenation kinetics are much faster for the nanoparticles, but also that their hydrided state is destabilized. Finally, MgH2-TiH2 nanocomposites were synthesized by mechanical milling under reactive atmosphere. The addition of a catalyst (TiH2) and Mg nanostructuration allow strongly accelerating the sorption kinetics of hydrogen in Mg. To understand the role of the TiH2 phase on the outstanding kinetics of these nanocomposites, their structural properties have been determined by X-ray and neutron diffraction. The existence of a coherent interface between Mg and TiH2 phases is of major importance to facilitate H-mobility within the nanocomposite. Furthermore, it is shown that the TiH2 inclusions inhibit the Mg/MgH2 grain growth, thus maintaining the composites nanostructure during their cycling

Les systèmes de stockage actuels font face à une explosion des données à gérer. A l'échelle actuelle, il serait illusoire d'imaginer une unique entité centralisée capable de stocker et de restituer les données de tous ses utilisateurs. Bien que du point de vue de l'utilisateur, le système de stockage apparaît tel un unique interlocuteur, son architecture sous-jacente est nécessairement devenue distribuée. En d'autres termes, le stockage n'est plus assigné à un équipement centralisé, mais est maintenant distribué parmi de multiples entités de stockage indépendantes, connectées via un réseau. Par conséquent, la bande passante inhérente à ce réseau devient une ressource à prendre en compte dans le design d'un système de stockage distribué. En effet, la bande passante d'un système est intrinsèquement une ressource limitée, qui doit être convenablement gérée de manière à éviter toute congestion du système. Cette thèse se propose d'optimiser l'utilisation de la bande passante dans les systèmes de stockage distribués, en limitant l'impact du churn et des défaillances. L'objectif est double, le but est d'une part, de maximiser la bande passante disponible pour les échanges de données, et d'une autre part de réduire la consommation de bande passante inhérente aux opérations de maintenance. Pour ce faire, nous présentons trois contributions distinctes. La première contribution présente une architecture pair-à-pair hybride qui tient compte de la topologie bas-niveau du réseau, c'est à dire la présence de gateways entre les utilisateurs et le système. La seconde contribution propose un mécanisme de timeout adaptatif au niveau utilisateur, basé sur une approche Bayésienne. La troisième contribution décrit un protocole permettant la réparation efficace de données encodées via des codes à effacement. Enfin, cette thèse se conclut sur la possibilité d'utiliser des techniques d'alignement d'interférence, communément utilisées en communication numérique afin d’accroître l'efficacité des protocoles de réparation de données encodées. / Modern storage systems have to face the surge of the amount of data to handle. At the current scale, it would be an illusion to believe that a single centralized storage device is able to store and retrieve all its users' data. While from the user's viewpoint the storage system remains a single interlocutor, its underlying architecture has become necessarily distributed. In others words, storage is no longer assigned to a centralized storage equipment, but is now distributed between multiple independent storage devices, connected via a network. Therefore, when designing networked storage systems, bandwidth should now be taken into account as a critical resource. In fact, the bandwidth of a system is intrinsically a limited resource which should be handled with care to avoid congestion. The focus of this thesis is to optimize the available bandwidth of distributed storage systems, lowering the impact of churn and failures. The objective is twofold, on the one hand the purpose is to increase the available bandwidth for data exchanges and on the other hand, to decrease the amount of bandwidth consumed by maintenance. We present three distinct contributions in this manuscript. The first contribution of this thesis presents an hybrid peer-to-peer architecture taking into account the low level topology of the network i.e., the presence of gateways between the system and the users. The second contribution proposes an adaptive and user-level timeout mechanism, based on a Bayesian approach. The third contribution describes a repair protocol especially designed for erasure-coded stored data. Finally, this thesis concludes on the possibility of employing interference alignment techniques in order to increase the efficiency of repair protocols especially designed for encoded data.

Au cours de cette thèse, des outils théoriques (simulation) et expérimentaux (tracking) ont été développés afin d’établir les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de choix collectifs d’exploitation de sources de nourriture et à la gestion collective des stocks de nourriture constitués au sein d’une colonie de fourmis. Le premier volet de mon travail révèle l’influence de caractéristiques physiques (telles que l’angularité et la topographie) des pistes entre le nid et les sources de nourritures, sur les comportements des fourmis au niveau individuel et leur résultante au niveau collectif en termes d’exploitation de ressources alimentaires. Le second volet de ma thèse est consacré aux dynamiques et régulations à l’œuvre au sein des phénomènes de dissémination collective et d’accumulation de nourriture au niveau intranidal. Les réseaux de distributions et d’échanges, reconstitués chez différentes espèces grâce à un marquage individuel et dans différents contextes montrent des similarités inattendues, notamment en termes d’hétérogénéités interindividuelles et de robustesse face à la variabilité des ressources. / During my PhD I have developed theoretical (simulation) and experimental (tracking) tools to investigate the mechanisms underlying the collective food source choice as well as collective food management at the intranidal level in ants. A first part of my thesis reveals the influence of the physical (and in particular the angularity and the topography) properties of the trail to the food source on the ant behavior at the individual level and its resulting food source choice/exploitation at the collective level. The second part of my thesis is dedicated to the dynamics of the food flow entering the nest, its regulation and the food dissemination/accumulation processes at the intranidal level through trophallaxis (mouth-to-mouth fluid exchange). The networks of food distributions and exchanges were built for two ant species in various experimental conditions. Interestingly, all theses networks show several similar properties, such as a high degree of heterogeneity in the individual participation to the food exchange activity as well as a robustness facing environmental variabilities.