Depuis au moins 2000 ans, le massif des Vosges a été le siège d’activités minières qui ont conduit (i) à l’émission de particules contaminées en éléments traces métalliques (ETMs), (ii) aux dépôts de déchets miniers et sidérurgiques et (iii) à des modifications du paysage. Les ressources présentes dans ce système de moyenne montagne, et utilisées par les populations, rendent nécessaire la mesure des impacts des activités anthropiques passées sur l’écosystème forestier.Ce travail de thèse propose une approche multi-proxy couplant géochimie, palynologie et écotoxicologie. Différentes phases de dépôts en ETMs ont été retracées sur les 2000 dernières années et regroupent celles connues à l’échelle de l’hémisphère Nord et des phases plus locales. L’impact paysager des activités minières semble quant à lui réduit par rapport à ce que laissaient penser les archives historiques qui présentaient des déserts forestiers dus aux activités minières. La biodisponibilité et le risque associés au transfert des ETMs ont été évalués dans un ancien district minier de production de plomb (Pb) et d’argent grâce à une campagne de bioindication active avec un indicateur de la qualité des sols, Cantareus aspersus. Sur huit stations, quatre présentent des excès de transfert induisant un risque toxicologique élevé et comprennent deux sites archéologiques miniers et un potager communal. Le fractionnement et la spéciation du Pb permettent de montrer une pratique à risque avec l’utilisation de scories comme amendements sur le potager. La contamination du milieu en ETMs par les activités minières est ici toujours transférable aux organismes du sol et donc potentiellement dans le réseau trophique / Since at least the last two millennia, mining and smelting activities have occurred in the Vosges Mountains and conducted to (i) the emission of trace metal (TM) contaminated particles in the atmosphere, (ii) the presence of mining and smelting wastes and (iii) landscape changes. Due to the use of resources from this mountainous area by local populations, it is necessary to measure impacts of these past activities on the forested ecosystem.This PhD thesis proposes a multi-proxy approach coupling geochemistry, palynology and ecotoxicology. Several phases of TM deposits have been recorded and correspond to major phases of TM contamination known in the northern hemisphere and also local periods of mining/smelting activities. The impact of mining activities on the landscape appears to be reduced contrary to historical data that described shortage of wood due to mining activities. The bioavailability and the risk associated to TMs from mining activities have been assessed in a former lead (Pb)-silver mining district by an active bioindication campaign using Cantareus aspersus, considered as indicator of soil quality. Among the eight stations, four of them present an excess of TM transfer conducting to a high ecological risk, particularly in two archaeological mining sites but also in a kitchen garden. Lead fractionation and speciation highlight the use of slags as amendments in the kitchen garden. Trace metal contamination of the soil due to mining activities is still bioavailable for soil organisms and so potentially transferred in food chain.

Implanter une machine électrique dans un véhicule hybride pose avant tout des problèmes d’encombrement. Sous-dimensionner la machine semble légitime compte tenu de l’usage qui en est fait sur véhicule. Par contre, cela suppose que les aspects thermiques soient pris en compte non seulement lors de l’utilisation, mais aussi lors de la conception de la machine. Le phénomène majeur limitant la densité de puissance massique des machines électriques est l’échauffement interne des bobines et des aimants. La modélisation thermique de la machine est complexe compte tenu de la diversité des sources de chaleur et de la coexistence de différents modes de transferts thermiques : conduction dans la matière, convection avec l’eau de refroidissement, conduction, convection et rayonnement dans l’entrefer. En termes de géométrie, si une première approche peut être réalisée en ne considérant que des flux de chaleur radiaux, la composante axiale doit nécessairement être prise en compte dès lors qu’on veut tenir compte aussi des extrémités de machine, et notamment de la chaleur produite par les roulements et les têtes de bobines. Ainsi pour pouvoir analyser pertinemment les transferts thermiques dans la machine, des méthodes numériques de type CFD ont été utilisées pour caractériser le transfert thermique par convection. La caractérisation des échanges thermiques par convection naturelle et forcée a été réalisée à l’intérieur d’une machine synchrone à aimants permanents internes (MAPI). Des relations empiriques ont été proposées afin de prendre en compte le couplage entre la thermique et l’aérodynamique dans les cavités des machines électriques totalement fermées. Afin de valider la pertinence des modèles numériques dans le cadre de ce travail, des mesures thermiques à l’aide des moyens d’essais de l’UTC ont été réalisées. Les résultats de cette étude sont utilisés pour construire des circuits thermiques équivalents qui prennent en compte les phénomènes thermiques complexes dans les machines électriques fermées utilisées dans les véhicules hybrides et électriques. Ces recommandations de conception permettront l’optimisation de l’effort investi pour le refroidissement de la machine électrique dans ses différentes phases de fonctionnement. / The integration of an electrical machine into modern hybrid vehicles is associated with new technical constraints such as the integrability into small volume without losing certainly in performance. Therefore, the development of compacter electrical machines is a well-founded argument for car manufacturers as well as electrical machine designers. On the other hand, this finding assumes that the thermal aspects are undertaken not only during the operation of the electrical machine, but also during the design process. The internal heat generated in different areas impacts strongly the power density and the magnet health which deeply reduce the electrical machine reliability. Heat transfer modeling inside electrical machines is a tricky task because of the strong coupling between the different physics governing their operations. Indeed, the generated losses spread inside the electrical machine through three heat transfer modes which are: conduction (heat diffusion), convection(heat transport) and radiation (heat scattering). In terms of geometry, if a first approach can be carried out by considering only radial heat fluxes, the axially-transferred heat must be undertaken when it is also necessary to consider end caps effects, and particularly the heat released by the bearings. In order to carry out relevantly the thermal analysis of a permanent magnets synchronous machine, CFD based methods are used to characterize the convective heat transfer inside this machine over a large operating range. Both natural and forced convection are analyzed and the corresponding heat transfer coefficients are numerically-estimated. Empirical equations are proposed in order to take into account the coupling between thermal and fluid dynamics inside the cavities of the studied totally-enclosed machine. These correlations are integrated then into a detailed and reduced thermal network. Experimental tests are carried out using a test bench in order to measure temperature distribution in different areas of the electrical machine. Afterward, a comparison between estimated and measured temperatures shows that the results of the numerically-enhanced thermal network are in a good agreement with measurements. Thus, the proposed recommendations based on CFD modeling allow the convective heat transfer to be characterize quickly and precisely. These correlations are useful for upcoming studies dealing with convection inside automotive electrical machines as well as high speed electrical machines.

De récentes études expérimentales ont montré que les valeurs usuelles du coefficient d’échange convectif sont différentes en présence de matériaux à changement de phase. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude numérique des échanges convectifs fluide/paroi dans une cavité ouverte en régime dynamique. Plus précisément, les parois étudiées sont une paroi avec une capacité thermique et une paroi qui contient des matériaux à changement de phase. Trois modèles distincts ont été développés. Dans un premier temps un modèle (modèle 1) qui concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi résistive (temperature imposée) en régime laminaire stationnaire a été développé et validé. Les résultats ont été confrontés avec la littérature. Ensuite, les échanges convectifs à la surface d’une plaque capacitive (modèle 2) soumise à une rampe de température d’air ont été étudiés. Finalement, un troisième modèle (modèle 3) a été développé, à la suite du modèle 2. Ce dernier modèle concerne l’interaction fluide-paroi à la surface d’une paroi contenant des matériaux à changement de phase en régime dynamique. Les résultats obtenus révèlent des pics locaux du flux de chaleur au cours du temps. Ce fait témoigne du changement d’état à l’intérieur de la paroi qui contient le materiau à changement de phase. De plus, les courbes des coefficients d’échanges convectifs moyens révèlent la dépendance du coefficient d’echange convectif à la capacité thermique du materiau. Par conséquent, la présence des matériaux à changement de phase à l’intérieur d'une paroi influence l’évolution et la forme de la couche limite thermique. / Recent experimental studies have shown that the usual values ​​of the convective heat transfer coefficient h are no longer valid in the presence of phase change materials. Three separate models were developed. Initially a model 1 which treats the fluid-wall (constant temperature) interaction in steady laminar flow has been developed and validated. Then, the wall with heat capacity (model 2) subjected to an air temperature ramp were studied. Finally, a third model (3) has been developed which treats the interaction fluid-wall which contains a phase change material. The results show local peaks of heat flow over time. This fact reflects the phase change inside the wall. Moreover, the curves of the convective heat transfer coefficient indicate the dependence of the coefficient h to the wall’s energy storage capacity. Therefore, the presence of the phase change materials within a wall effect and changes the shape of the thermal boundary layer.