En el presente trabajo de tesis se realizó el análisis de los datos de las concentraciones de los gases de escape obtenidos mediante la experimentación en cinco vehículos livianos de gasolina diferentes modelos y año de fabricación. Se realizó las gráficas para analizar los consumos de combustible, aire para la combustión e índices de emisiones de gases de escape: CO2, CO, HC, NOx. Los vehículos bajo estudio fueron instrumentados. Un sistema de adquisición de datos permitió el registro en tiempo real de todas las variables de manera instantánea del consumo de aire, combustible y las concentraciones de los gases contaminantes. La velocidad del vehículo y las condiciones ambientales fueron obtenidas mediante el sistema GPS y un sensor de temperatura y humedad. Asimismo, se utilizó el dispositivo OBDLINK MX+ para conectarse a la unidad de control electrónico (ECU), a través del puerto OBD con el fin de obtener los datos medidos y calculados para el vehículo de estudio por la computadora del vehículo en estudio. Se elaboró un procedimiento para efectuar una campaña experimental, en diferentes vías de Lima Metropolitana. Se realizó, en promedio, 4 recorridos diferentes y aleatorios por vehículo al día en varias semanas. En total se registraron aproximadamente más de 10 variables durante más de 50000s en los cinco vehículos. Los factores de emisión contaminantes (g/km), para cada vehículo, fueron calculados y representados en gráficos y tablas. Se realizó el comparativo del factor de emisión de CO2 en g/km entre el estudio experimental y el resultado del OBDLINK MX+. Además, se realizó la comparativa del factor de emisión de CO2, en g/km, entre el modelo COPERT y el análisis experimental. Los resultados obtenidos de las pruebas realizadas presentan las concentraciones en porcentaje de los gases de combustión, los cuales fueron calculados como factores de emisión en g/km. Gracias a esto podemos observar cómo operan los vehículos en la actualidad, debido a que una mala quema de combustible o un mal funcionamiento del motor pueden producir mayor cantidad de hidrocarburos no quemado. Este documento presenta los comparativos y resultados de cinco vehículos en vías de Lima Metropolitana.

Mes premiers remerciements vont tout naturellement à mon directeur de recherche, le Professeur Serge Kaliaguine, à qui je souhaite exprimer ma grande gratitude. L'intérêt et l'enthousiasme qu'il a témoigné tout au long de cette thèse, ainsi que sa disponibilité (malgré un emploi du temps souvent très chargé...), ses précieux conseils et son extrême gentillesse, contribuent pour une grande part au résultat final. Mes remerciements vont également à deux Professeurs de l'Université Laval, Madame Anna Marie Ritcey, du département de chimie et Monsieur Bernard Riedl, du département des sciences du bois et de la forêt, ainsi qu'à Monsieur Abdellah Ajji, Professeur associé à l'Ecole Polytechnique de Montréal, pour avoir accepté d'examiner cette thèse et de faire partie des membres du jury. Je tiens aussi à remercier vivement Monsieur Frej Mighri, Professeur au département de génie chimique de l'Université Laval, pour avoir accepté de présider ce jury de thèse. Mes remerciements les plus chaleureux vont au Docteur Marc Reinholdt, qui a consciencieusement co-supervisé ce travail. Marc est bien davantage qu'un « simple » encadrant à mes yeux. Il est un frère, un ami bienveillant... dont la route croise régulièrement la mienne depuis de nombreuses années. Sans sa présence, ses encouragements, son écoute, ses « hugs »... il est peu probable que j'aurais trouvé la force de traverser les périodes difficiles qui m'ont affectées durant ma thèse. Je ne le remercierai jamais assez pour tout ce qu'il a fait pour moi. J'ai également une pensée particulière pour mes collègues et les employés du laboratoire, et plus particulièrement pour Monsieur Gilles Lemay, qui se dévoue corps et âme à la Science et veille constamment au bien-être des étudiants. Sans son aide et sa précieuse écoute, beaucoup de projets ne verraient pas le jour, et des rêves resteraient inachevés. Je pense également à tous les employés qui m'ont apporté leur soutien technique, notamment à Monsieur Jean Frenette (Diffraction de rayons X) qui s'est toujours appliqué à m'offrir un « service express », à Monsieur Richard Janvier (Microscopie Electronique à Ill Transmission) avec qui j'ai passé des heures à admirer ces « belles petites particules », mais aussi à Rémy Guillet-Nicolas pour ses mesures d'adsorption-désorption d'azote. Enfin, je ne saurais terminer ces remerciements sans y associer mes amis de longue date, Aurélie, Tony et Lulu, qui ont toujours su faire preuve d'une grande indulgence envers la fille « à la tête dans les étoiles » que je suis. Leur amitié m'est très précieuse et m'a toujours portée plus haut... Je leur dois beaucoup.

Les piles à combustible sont considérées comme l'une des sources d'énergie du futur. En effet, pour répondre aux enjeux économiques et aux défis écologiques, les chercheurs considèrent que ce type de piles serait une sérieuse alternative aux sources énergétiques actuelles et ce dans un avenir proche. Les piles à combustibles trouvent déjà place dans plusieurs applications industrielles notamment les transports (surtout automobile mais aussi maritime et aérien), les téléphones et ordinateurs portables et la production d'électricité. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est considérée comme la plus prometteuse. Elle est constituée de plusieurs unités consommant de l'hydrogène et de l'air pour produire de l'électricité en continu et ne rejeter que de la vapeur d'eau. Propre et performante, elle présente cependant l'inconvénient de coûter cher. Un coût élevé dû aux matériaux et procédés utilisés dans sa fabrication. Pour palier à ce problème, la recherche s'est orientée vers deux voies : le développement de nouveaux matériaux peu onéreux et l'innovation dans la mise en oeuvre. Le but du présent travail est le développement d'un matériau nanocomposite à base de polymères efficace pour la fabrication d'une composante importante de la PEMFC : les plaques bipolaires (BPP). Ces dernières constituent les extrémités de chaque unité de la pile et assurent le passage des électrons entres les unités adjacentes ainsi qu'une distribution homogène de l'hydrogène ou de l'oxygène sur toute la surface des électrodes de chaque unité. Opérant dans des conditions thermiques et mécaniques assez rudes, les BPP doivent répondre à des caractéristiques électriques et mécaniques très élevées. Dans la littérature, plusieurs matériaux ont été explorés pour fabriquer les BPP : le graphite et les métaux (inoxydables ou revêtus) étaient les plus étudiés mais pour des problèmes de coût ou de performances, ces deux alternatives sont de moins en mois utilisées. Aujourd'hui, l'option qui suscite l'intérêt des chercheurs est celle des matériaux polymères. Les procédés de mise en oeuvre ont été aussi largement étudiés, les plus abordés sont l'extrusion et le moulage par compression. Dans cette étude, le développement d'un matériau composite pour la fabrication des BPP a reposé sur une matrice composée d'un mélange de deux polymères : le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyethylene téréphtalate (PET) associés à un oligomère : le cyclo-butylène téréphtalate (c-BT). L'ajout du c-BT représente l'originalité de ce travail et a pour but de profiter de ses différentes propriétés notamment la faible viscosité. Il se polymerise rapidement en poly-butylène téréphtalate (PBT) sans donner lieu à de produits secondaires. Des charges ont aussi été ajoutées afin d'améliorer la conductivité électrique et la viscosité. Ainsi, du noir de carbone à haute surface spécifique (CB) a été systématiquement ajouté en combinaison avec d'autres charges : le graphite synthétique en forme de feuillets (GR) et les nanotubes multi-feuillets de carbone (MWCNT). Ce choix de matériaux a été effectué suite à des travaux précédents réalisés par le roupe de recherche du professeur Mighri. Un mélangeur interne a permis de mélanger les polymères et les charges (déjà mélangés à sec) pour donner un matériau composite homogène. Une presse à compression a été ensuite utilisée pour mouler la plaque et graver les chemins de circulation des gaz à l'aide d'un moule spécifique. Plusieurs propriétés des matériaux composites produits ont été caractérisées. Il s'agit principalement de la conductivité électrique, de la viscosité complexe ainsi que de la morphologie des matériaux nanocomposites développés. Les tests menés ont montré que l'ajout du c-BT dans les mélanges polymères ne permettait pas de diminuer les résistivités des composites obtenus alors qu'il améliorait le comportement visqueux ce qui se traduisit dans la pratique par une facilité relative de la mise en oeuvre. Cependant, ce travail a rencontré une contrainte majeure lors de la fabrication des plaques bipolaires et qui pourrait être due à la géométrie du moule spécifique. En effet, les plaques obtenues ont été toutes cassantes.

Le millet perlé sucré et le sorgho sucré sont deux plantes ayant une riche concentration en sucres fermentescibles dans leur tige sous forme de jus. Celui-ci peut être extrait par pressage mécanique et ensuite fermenté pour une éventuelle production de bioéthanol. Contrairement à d’autres cultures présentement utilisées pour la production de bioéthanol de première génération, le millet perlé et le sorgho sucrés peuvent être cultivés sur des sols légers moins fertiles puisqu’ils demandent peu d’apport nutritif et d’eau. Ces deux espèces sont donc attrayantes afin de diversifier les sources de production d’énergie durable. Plusieurs études sur le sorgho sucré ont été effectuées à travers le monde, mais l’utilisation du millet perlé sucré reste relativement nouvelle. Des avancées agronomiques ont été effectuées au courant des dernières années avec ces deux cultures selon les réalités régionales du Québec. Par contre, le processus de récolte, d’entreposage et de pressage du millet perlé sucré et du sorgho sucré n’a pas encore été étudié selon ces réalités. Au cours des années 2012, 2013 et 2014, des expériences de récolte, d’entreposage de la biomasse, d’extraction et d’entreposage du jus de ces deux cultures ont été réalisées au Québec pour déterminer les paramètres permettant d’améliorer ces opérations. Quatre volets ont été étudiés séparément (récolte, entreposage de la biomasse, extraction et entreposage du jus) pour ensuite analyser le tout et déterminer le scénario le plus adéquat de récolte, de pressage de la biomasse et d’entreposage du jus pour une éventuelle fermentation. Des essais d’une machinerie de récolte ont d’abord été réalisés afin de déterminer, entre autres, les vitesses d’avancement adéquates pour la récolte de ces deux cultures. Des essais d’entreposage de la biomasse sous forme de tiges entières ou hachées ont ensuite été effectués selon différents délais entre la récolte et le pressage afin d’examiner l’impact du hachage et des délais sur le volume de jus extrait de la biomasse et sa concentration en sucres. Deux presses ont aussi été fabriquées, testées et comparées afin de déterminer la presse la plus adéquate en termes de quantité et qualité (sous forme de sucres extraits) du jus. Finalement, des essais d’entreposage du jus ont été réalisés pour déterminer l’impact de divers délais et températures d’entreposage sur la concentration en sucres. Les résultats obtenus ont indiqué que la biomasse peut être récoltée à l’aide d’une fourragère conventionnelle, préférablement avant un épisode de verse de la biomasse, qui peut être fréquent sous nos climats. L’entreposage de la biomasse sous forme de tiges entières est possible sur une période de plus de 12 jours pour le sorgho sucré et de 4 jours pour le millet perlé sucré. Si la biomasse est hachée, elle devra par contre être pressée dans les premières 24 h afin d’éviter la dégradation des sucres par fermentation sous l’action d’enzymes comme l’invertase. Le jus extrait peut être conservé à température ambiante pendant 12 h sans aucune perte significative de sucres. Le pressage de la biomasse devrait être effectué sans les feuilles à l’aide d’une presse à rouleaux ou hydraulique pour le sorgho sucré et ce pour une extraction optimale du jus. Pour le millet perlé sucré, l’extraction du jus à l’aide d’une presse à rouleaux est déconseillée dû au faible diamètre des tiges. Les résultats indiquent qu’il est possible d’utiliser ces deux cultures pour une éventuelle production de bioéthanol au Québec, bien que cette production reste une source de revenu secondaire pour les producteurs, compte tenu d’une courte période de récolte et des rendements en sucres relativement faibles. / Sweet sorghum and sweet pearl millet are two plants with stems rich in fermentable sugars. The sugary juice can be extracted by mechanical pressing and fermented for bioethanol production. Unlike other crops currently used for first generation bioethanol production, sweet pearl millet and sweet sorghum can grow on light and less fertile soils since they require little water and nutrient supplies. These two species are therefore very attractive to diversify the sources of sustainable biofuels production. Several studies on sweet sorghum have already been carried out worldwide, but the use of sweet pearl millet is relatively new. Agronomic breakthroughs have been achieved these recent years with both crops in the Province of Quebec. However, the process of harvesting, storage, and extracting the juice from the biomass of sweet pearl millet and sweet sorghum has not yet been optimized under the regional realities of Quebec. Experiments have therefore been carried out in 2012, 2013, and 2014 in the Province of Quebec to optimize the harvesting, storage, and juice extraction process of both crops. Four components have been studied separately (harvesting, storage of biomass, juice extraction, and storage of the juice) and then an optimal scenario, from harvest to juice storage prior fermentation, was determined. Tests of harvesting were first performed to determine, among others, the adequate harvesting speeds for both crops. Storage trials with whole stalks and chopped biomass were also carried out to investigate the impact of various time delays on the volume of juice extracted and its sugars concentration. Two experimental presses were tested and compared to determine the most adequate one in terms of juice quantity and quality (as extracted sugars). Finally, experiments on juice storage were carried out to explore the impact of various time delays and storage temperatures on the juice’s sugar concentration. Our results indicated that the sweet sorghum and sweet pearl millet can be harvested with a conventional forage harvester, ideally before lodging, which might occur frequently under Quebec climate. Whole stalks storage is possible over a period of 12 days for sweet sorghum and 4 days for sweet pearl millet biomass. If the biomass is chopped, storage should however not be longer than 24 hours to avoid sugar losses by fermentation or by the action of enzymes such as invertase. The extracted juice can be stored for 12 h without any sugar loss if stored at ambient temperature. Juice extraction of sweet sorghum biomass should be carried out without the leaves, using a hydraulic or a roller presses, for optimal extraction of the juice. For sweet pearl millet, extraction of the juice using a roller press is not recommended due to the small diameter of the stems. The results indicate that it is possible to use these two crops for bioethanol production in Quebec, although this production would remain a secondary source of income for producers, given a short period of harvest and relatively low sugar yields.

Le réchauffement de la planète est un problème grave auquel le monde entier doit faire face, et les émissions de gaz à effet de serre sont communément reconnues comme étant une partie importante du problème. En plus du secteur du transport, les habitudes de consommation inefficace de la part des ménages constituent une deuxième source importante de ces émissions. Des débats au sujet de la meilleure démarche à suivre, ainsi qu'aux moyens appropriés de mesurer les phénomènes en présence ont davantage retardé l'action, tant sur les plans gouvernemental qu'individuel. Afin de résoudre ces problèmes à leur origine, il s'avère essentiel de mettre en place des interventions publiques d'une part, et d'autre part de convaincre, les consommateurs de modifier leurs habitudes de consommation vers des patrons plus durables. Le biocarburant est devenu au cours des dernières années de plus en plus visible en tant que choix alternatif majeur en matière de carburant de transport visant à réduire les émissions à effet de serre. En dépit du débat acrimonieux qui sévit entre les proposants et les détracteurs des biocarburants, la promotion de l'éthanol est toujours considérée par la plupart des analystes comme étant une mesure qui pourrait aider la réduction des émissions des gaz à effet de serre. De plus, l'utilisation à grande échelle de mélanges éthanol-pétroles est considérée d'un oeil favorable par les gouvernements. Cependant, en bout de ligne les habitudes de conduite automobile et de consommation privée à l'intérieur des ménages n'ont jamais été comprises de façon complète. En outre, ni l'acceptation ni l'utilisation volontariste des mélanges éthanol-pétroles par le consommateur canadien n'est évidentes. La présente étude vise à combler ces lacunes d'informations en trois temps, chacun prenant la forme d'un article scientifique séparé (chapitres 2, 3 et 4). / Le premier (chapitre 2) vise à examiner deux ensembles de comportements "verts" de la part des consommateurs canadiens associés aux émissions de GES: les activités domestiques des ménages et l'usage de l'automobile. Quatre groupes de variables ont été utilisés : les attitudes, connaissances et comportements en matière environnementale, l'ouverture d'esprit envers certaines politiques environnementales, des indices reliés à l'achat et à la conduite d'automobiles, et les facteurs sociodémographiques immuables. L'étude, basée sur un sondage auprès de 1002 ménages tirés au hasard à travers le Canada révèle que les facteurs dominants qui affectent les comportements verts des consommateurs sont le sentiment de responsabilité personnelle envers l'assainissement de l'environnement et l'impression de porter un impact perceptible en ce sens. Les profils sociodémographiques des consommateurs canadiens qui ne participent pas encore activement à des activités de réduction des gaz à effet de serre au sein du foyer incluent ceux qui détiennent moins de connaissances au sujet des problèmes du réchauffement de la planète et des produits renouvelables, sont moins soucieux des problèmes environnementaux, sont moins prêts à faire des sacrifices personnels pour l'environnement, ressentent une moindre responsabilité personnelle à participer à la réduction des gaz à effet de serre, ne participent pas actuellement à des groupes environnementaux, ne s'intéressent point aux campagnes de publicité environnementale, possèdent et conduisent un nombre plus élevé de voitures, sont plus jeunes, proviennent de familles moins nanties, sont majoritairement des hommes, et habitent les provinces atlantiques et des prairies. Sur les routes, ceux qui émettent la plus grande quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère sont ceux qui ne contribuent pas aux activités des groupes environnementaux, possèdent et conduisent un nombre plus élevé de voitures, et résident dans deux des zones les moins densément peuplées du Canada. Les hommes et les résidents des prairies et paradoxalement, ceux qui possèdent plus de formation scolaire et de connaissances environnementales ont tendance à voyager plus en automobile et donc à causer plus d'émissions de GES par an. / Le deuxième article (chapitre 3) s'inscrit dans les suites du premier, avec le même échantillon de 1002 ménages et explore plus en détails les préférences de la part des consommateurs canadiens entre deux types de carburant : l'essence sans plomb régulière et un mélange de 10% éthanol - 90% pétrole ("E10"). Afin de faciliter le choix d'une stratégie de taxation du gouvernement, l'étude isole un estimé de la valeur donnée par les consommateurs aux attributs hédoniques "verts" d'ElO. Les résultats indiquent que le prix et la présence d'une "taxe verte" sur l'essence produisent tous les deux un impact négatif sur la probabilité de choisir l'éthanol à la pompe. La préférence pour l'ElO est également conditionnée de façon significative par l'âge, la taille et la dépense pour l'essence du véhicule principal du répondeur, ainsi que par certaines variables sociodémographiques. / Le troisième article (chapitre 4) se concentre sur l'identification d'un cadre juridique approprié pour promouvoir la production et la consommation de biocarburants au Canada. Les interventions gouvernementales actuelles visant à forger une stratégie de réduction des gaz à effet de serre sont regroupées en trois approches : obligations (lois et règlements), incitations économiques (taxes et subventions), et réductions volontaires (tant pour les raffineries que pour les consommateurs). Les résultats de cette troisième étude suggèrent que le processus de prise de décision législative touchant le développement des biocarburants est fortement influencé par la volonté de réduire les émissions de GES, un souci pour une des utilisations efficace des ressources naturelles et les priorités de développement économique aux niveaux local et provincial. / La présente thèse se veut une contribution empirique à la littérature dans le domaine des politiques publiques canadiennes s'intéressant aux comportements "vert" des consommateurs, à la réduction de GES et à l'environnement. Non seulement les résultats des deux premiers papiers révèlent que certaines variables dans le profil du consommateur peuvent avoir un impact sur le comportement vert des consommateurs ; ils chiffrent en détail la direction et la taille de telles influences. Pris ensemble avec le troisième article, les résultats empiriques de la recherche sont utiles aux décideurs publics chargés des activités de planification environnementale, de la formation des objectifs nationaux et provinciaux en matière du carburant de transport renouvelable, delà (re)structuration du secteur des biocarburants et des programmes d'intervention publique aux niveaux fédéral et provincial.

El continuo af'an por reducir la cantidad de act'¿nidos minoritarios (MA) procedentes del combustible quemado en los reactores de agua ligera (Light Water Reactor, LWR) y de esa forma reducir la radiotoxicidad, ha llevado a desarrollar nuevos conceptos de combustible nuclear. El nuevo combustible por empaquetamiento de esferas (Sphere-Pac, SP) ofrece la oportunidad de reintroducir los MA en una matriz y quemarlos en un reactor r'apido de neutrones, donde se facilitan ciclos mu'ltiples por transmutaci'on de elemen- tos. Este combustible se puede utilizar tambi'en en un sistema subcr'¿tico r'apido de neutrones, es decir, un sistema nuclear accionado por un acelera- dor de part'¿culas (Accelerator Driven System, ADS), donde la subcriticidad (seguridad de parada del reactor) permite utilizar combustibles con mayor contenido de MA que en un reactor normal, reduciendo eficazmente en un solo paso la radiotoxicidad. El combustible SP se produce a partir de una soluci'on base (formada por metales y elementos qu'¿micos) mediante un proceso de gelificaci'on in- terna. Este proceso garantiza una buena homogeneidad del producto final y un riesgo de contaminaci'on mucho menor si se compara con la fabricaci'on cl'asica de pellets (combustible comprimido), puesto que se evita el uso de prensas y amoladoras. La gelificaci'on interna es una reacci'on qu'¿mica acu- osa que se produce al calentar la soluci'on hasta 80 ± 5¿ C. Cuando se realiza el proceso por calentamiento electromagn'etico, se observan algunas venta- jas con respecto al calentamiento tradicional por conducci'on (contacto de la muestra con aceite de silicio precalentado): se evita la etapa de reciclado del aceite y de los disolventes org'anicos necesarios para eliminar el aceite de la superficie de las part'¿culas producidas. En la unidad de gelificaci'on in- terna por microondas (Microwave Internal Gelation, MIG), las microondas representan una alternativa mucho m'as simple y segura: el calentamiento volum'etrico sin contacto facilita la producci'on a distancia del combustible en celdas calientes y adem'as reduce los residuos de l'¿quido contaminado. Esta tesis se enmarca dentro del proyecto Platform for Innovative Nu- clear FuEls (PINE), que tiene como objetivo fundamental la producci'on de combustible SP por MIG. En el sistema MIG, el tiempo de calentamiento es muy corto (del orden de decenas de milisegundos), por lo que se deben optimizar los par'ametros que contribuyen al calentamiento por microondas y es necesario conocer en profundidad la interacci'on entre las microondas y las muestras. En la primera parte de este trabajo se investiga un modelo t'ermico basado en diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD), el cual es capaz de determinar, en cada instante durante el proceso de calentamiento, el comportamiento t'ermico de un punto definido dentro del material que se calienta. Adem'as se presenta una descripci'on detallada de los par'ametros m'as relevantes del modelo, incluyendo las condiciones de contorno (entre ellas la convecci'on). Por otra parte, se implementa anal'¿ticamente y se valida con diferentes t'ecnicas: una basada en teor'¿a de la f'¿sica, otra basada en la herramienta de ecuaciones diferenciales parciales (PDEtools) y la u'ltima basada en ejemplos encontrados en la literatura. En segundo lugar, se investigan los posibles disen¿os de cavidades de microondas para su aplicaci'on en MIG. Tanto las cavidades (selecci'on de los modos, frecuencia de resonancia, factores de calidad, etc.) como su posterior caracterizaci'on, se detallan con el objetivo de especificar el acoplamiento de energ'¿a. Los mecanismos de transferencia de energ'¿a de las cavidades se explican utilizando el m'etodo de perturbaci'on, con el que adem'as se analizan las p'erdidas de la cavidad cuando se coloca una muestra diel'ectrica en su interior. Con el modelo de transferencia de energ'¿a desar- rollado, se obtiene la tasa de generaci'on de calor por microondas, que se aplica al modelo t'ermico FDTD mencionado anteriormente. Los resultados anal'¿ticos demuestran la viabilidad de producir esferas gelificadas por MIG. Seguidamente se introducen los principales par'ametros relacionados con el calentamiento de un material por microondas, es decir, las propiedades diel'ectricas. Se desarrolla un nuevo procedimiento que permite medir estas propiedades en gotas que caen libremente a trav'es de una cavidad de mi- croondas. Se presenta el montaje experimental, cuya viabilidad se prueba a trav'es de diferentes experimentos. Las propiedades diel'ectricas medidas se incluyen en los modelos (perturbacional y t'ermico) con la intenci'on de determinar la potencia absorbida por la sustancia (en forma de gotas) y la temperatura que alcanza. En la u'ltima parte se presenta la implementaci'on del sistema MIG apli- cada al proyecto PINE, fundamental para la pr'actica de calentamiento (basado en frecuencias altas) dentro del laboratorio. Las propiedades de cada dispositivo se evaluan para realizar un estudio de potencia antes del ensamblaje del sistema MIG. De esa forma se evitan fallos al poner el sis- tema en funcionamiento. Adem'as se aportan las t'ecnicas experimentales y los resultados. La producci'on con 'exito de esferas gelificadas demuestra, sin duda, el uso favorable de las microondas en la producci'on de combustible SP por gelificaci'on interna. / In the continuous aim to reduce the amount of minor actinides (MA) from the spent fuel of Light Water Reactors (LWR) and therefore reduce its radiotoxicity (radioactive toxicity), new nuclear fuel concepts have been developed. Sphere-Pac (SP) fuel gives the opportunity to reintroduce the MA in a fuel matrix and to burn them in a fast reactor, which facilitates a multi-cycle because of its breeding feature, or in a subcritical fast system, i.e. an Accelerator Driven System (ADS) where its sub-criticality allows higher MA contents than a normal fast reactor reducing efficiently the radiotoxicity in one step. SP fuel is produced from the base solution (already containing all the elements) by internal gelation, which guarantees a good material homo- geneity and a lower contamination risk compared to the classical pellet fabrication, avoiding presses and grinding machines. The internal gelation is an aqueous chemical reaction occurring when the solution is heated up to 80 ± 5¿C. When performing the internal gelation process with electro- magnetic heating, some advantages appear with respect to the traditionally heating through conduction by contact of the sample with hot silicon oil: the recycling step of the oil and the organic solvents necessary to clean the particles from oil are avoided. In the Microwave Internal Gelation (MIG) unit, the microwaves represent a much simpler and safer alternative: the contactless volumetric heating facilitates the remote production of the fuel in hot cells and furthermore reduces the contaminated liquid waste. The fuel related project called Platform for Innovative Nuclear FuEls (PINE), in which this thesis is embedded, aims for the production of SP- fuel by MIG. In the MIG system, the heating time is very short (in the order of tens of milliseconds), therefore the microwave heating parameters have to be optimized and a good knowledge of the interaction between the microwaves and the samples must be achieved. In the first part of this dissertation a finite difference time domain (FDTD) thermal model capable to determine over each instant about the thermal behaviour of a definite point inside a material during heat process- ing is investigated. A detailed overview of the most relevant parameters on the model including the boundary conditions (e.g. convection) is pre- sented. Furthermore, the model is analytically implemented and validated with different techniques: a theoretical based physically validation, a par- tial differential equations (PDEtools) based validation and a validation with examples from the literature. Secondly, possible microwave cavity designs for MIG are researched. The cavities (selection of modes, resonant frequency, Q-factor, etc.) and its subsequent characterization for the coupling of energy are explained. Furthermore, the power transfer mechanisms of the cavities are explained using the perturbation method to analyse the losses when a dielectric sam- ple is placed inside a cavity. The developed power transfer model delivers the microwave heat generation rate which is applied to the FDTD thermal model mentioned in the previous paragraph. The analytical results provide a positive impression about the feasibility of producing gelated spheres by MIG. Next, the main parameters dealing with the heating of a material by microwaves are introduced. A new procedure that enables the measure- ment of dielectric properties of aqueous droplets freely falling through a microwave cavity is developed. The experimental setup is presented and several experiments prove its feasibility. The measured dielectric properties are afterwards included in the perturbation and thermal models with the main intention of determining the absorbed power by the material in form of drops and the reached temperature. In the last part the MIG system for the laboratory practice of the high frequency heating applied to the PINE project is implemented. Each device is characterized for a power study precedent to the MIG system assembly, avoiding then failures when putting the system into operation. In addition, the experimental techniques and the results are reported. Successful pro- duction of gelated spheres shows the favourable usage of microwave for the production of SP-fuel by internal gelation. / Cabanes Sempere, M. (2013). Innovative production of nuclear fuel by microwave internal gelation [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31641

L'objectif de cette thèse a consisté à synthétiser un liant d'électrode, à base de polymère, afin d'augmenter la surface de contact entre les électrodes et la membrane électrolytique. Pour cela, la synthèse de copolymères fluorés de différentes architectures a été réalisée. Des polymères linéaires ont été synthétisés par modification chimique de polymères commerciaux porteurs d'ammonium quaternaires (poly(chlorure de diallyldiméthyl ammonium) ou PDADMAC), mais aussi par modification chimique de copolymères poly(chlorotrifluoroéthylène-alt-chloroéthylvinyl éther) préalablement synthétisés en autoclave. Des copolymères greffés poly[(chlorotrifluoroéthylène-alt-éther vinylique)-g-styrène] et des copolymères à blocs poly(chlorométhylstyrène-b-1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl-ethyleneoxymethyl styrène) ont également été obtenus, respectivement par des méthodes de polymérisation radicalaire contrôlées (de type ATRP ou ITP), et quaternisés. Ces copolymères originaux ont été caractérisés tant sur le plan des propriétés thermiques qu' électrochimiques (teneur en eau, capacité d'échange ionique, conductivité).

Face aux enjeux énergétiques d'aujourd'hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l'éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s'affranchir du caractère discontinu de la production d'électricité et de l'inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l'énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d'énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l'électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d'énergie renouvelable, la batterie produit de l'énergie électrique non carbonée, c'est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L'intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l'énergie et la puissance du système. Tant que la pile est alimentée en gaz, elle fournit de l'électricité, l'énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversions de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est envisagée ici, la présence d'un convertisseur DC-DC à haut rendement est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l'optimisation du rendement, deux axes de recherches sont développés. Le premier axe de recherche développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé 'miroir' obtenu dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d'efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe de recherche porte sur de nouveaux composants de puissance au nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologique et scientifique de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

Le développement de piles à combustibles capables de fonctionner à des températures intermédiaires de l’ordre de 400-600°C présente un grand intérêt tant du point de vue du vieillissement des matériaux que des différents éléments du système complet. Une des technologies envisagées est basée sur l’utilisation d’électrolyte céramique possédant une conduction protonique élevée (Protonic Ceramic Fuel Cell PCFC). A ce jour, un des problèmes principaux concerne les fortes surtensions observées au niveau de la cathode lors du passage d’un courant. Dans ce cadre, le but de nos recherche a été de concevoir de nouveaux matériaux de cathode pour pile PCFC présentant de bonnes propriétés de conduction mixte ionique et électronique ainsi qu’une activité catalytique élevée vis-à-vis de la réaction de réduction de l’oxygène, entre 400 et 600°C. Plusieurs matériaux à conduction mixte ont été synthétisés à l’ICMCB, notamment des perovskites et des oxydes de structure de type Ruddlesden-Popper (en particulier les oxydes A2MO4+?). Des analyses thermogravimétriques ont été réalisées pour étudier la stabilité de ces phases sous air humide, ainsi qu’une éventuelle insertion d’eau dans la structure. Des demi-cellules symétriques ont été élaborées pour les caractérisations éléctrochimiques par spectroscopie d’impédance complexe et voltampérométrie (mesures de résistances spécifiques de surface, courbes de polarisation cathodique). Les caractérisations physico-chimiques et électrochimiques ont permit de sélectionner les meilleurs composés et ont conduit à la réalisation de la première monocellule PCFC utilisant le matériau de cathode Pr2NiO4+?. Des densités de puissance de 100 mW/cm² ont été mesurées pour une température de fonctionnement de 600°C. / Development of Fuel Cell operating at intermediate temperatures (400-600°C) is more and more interesting regarding ageing of materials. One of these technologies is based on ceramic electrolytes with high protonic conductivity (Protonic Ceramic Fuel Cell, PCFC). Nowadays, the major problem is overpotential at the cathode side, under polarization. In this context, our researches aimed to elaborate new cathode materials for PCFC with high mixed conductivity and good electrocatalytic property toward oxygen reduction, between 400 and 600°C. Several materials have been synthesised at the ICMCB, like perovskites and Ruddlesden-Popper type phase (A2MO4+?). Thermogramvimetric analyses have been realised in order to study phase stability under moist air and a possible insertion of water in the structure. Symmetrical half-cells have been elaborated for Electrochemical Impedance Spectroscopy and voltametric measurements (measure of Area Specific Resistance, cathodic polarization curves). The physico-chemical and electrochemical characterizations were useful to choose the best compounds and lead to fabrication of the first cell PCFC with Pr2NiO4+? as cathode materials. Power densities of 100mW/cm² have been reached for a working temperature of 600°C.

Cette thèse apporte des éléments sur la compréhension de la gestion de l'eau et de ses effets sur les performances électriques d'une PEMFC au moyen de modélisations multi-échelle des transferts. Une analyse du transport couplé de charges et de matière dans les pores de la membrane est proposée. La présence d'eau liquide est prise en compte dans les GDL (écoulements diphasiques) et les couches actives (noyage). Le couplage de ces modèles à une description des transferts de matière le long des canaux d’alimentation permet de mettre en évidence une répartition non-uniforme des concentrations en eau, des flux et donc de la densité de courant. Les résultats numériques sont comparés à des données expérimentales (coefficient de partage de l'eau et performance électrique locale) obtenues au laboratoire sur deux piles. Ceci permet de valider les modèles de fonctionnement du cœur de pile et d'alimenter la réflexion sur la connaissance et la modélisation des transferts d'eau dans le cœur de pile / This works contributes to the understanding of water management of polymer electrolyte membrane fuel cell and of its links with the electrical performances. More specifically, the manuscript deals with the multi-scale modelling of transport phenomena. An analysis of coupled mass and charge transfer in the pores of a polymer membrane is presented. The presence of liquid water is considered in the GDL (two-phase flow) and in the active layers (flooding). The description of these phenomena is associated with that of gas depletion along the bipolar plate channels. This allows to emphasize the non-uniformity of water concentration, of the fluxes and as a consequence, of current density. The numerical results are compared with experimental data (water transport coefficient, local electrical performances) measured on two different fuel cells. This comparison validates at least partially the numerical models and provides further information for the analysis of water management within PEMFC