La qualité de l'air intérieur est devenue une préoccupation de santé publique du fait notamment de l'augmentation du temps passé dans les environnements intérieurs et les espaces clos. L'objectif de ce travail est de développer des procédés mettant en œuvre la décharge couronne afin de traiter les polluants gazeux chimiques et particulaires dans l'air intérieur. Le premier volet du travail concerne la dégradation des polluants gazeux chimiques présents en très faibles concentrations dans l’air intérieur. Le couplage d’une décharge couronne et d’un catalyseur est mis en œuvre pour dégrader du toluène dans des conditions représentatives de l’air intérieur. Cette étude démontre la très bonne efficacité de la décharge couronne vis-à-vis du toluène avec de faibles densités d’énergie. Elle identifie les conditions opératoires optimales et propose des mécanismes réactionnels suite à l’identification des principaux produits de réaction. Cependant, le plasma génère des espèces indésirables comme l'ozone et les oxydes d'azote qui doivent impérativement être détruits. Nous avons choisi d'adjoindre à la décharge couronne un catalyseur à base d'oxydes de métaux de transition (MnOx/Al2O3). Différents catalyseurs sont synthétisés puis modifiés par greffage d’agents modifiants. Leur efficacité vis-à-vis de l’ozone et des NOx est quantifiée en présence de différentes teneurs en vapeur d’eau. Le deuxième volet concerne la collecte des particules par filtration électrostatique. Trois procédés sont étudiés ; ils associent un étage d’ionisation et un étage de collecte. L’ionisation est assurée soit par un électrofiltre fil-plaque soit par des aiguilles portées à un potentiel de quelques kilovolts. L’efficacité de collecte est mesurée dans la gamme de 10 nm à 20 µm en fonction de différents paramètres opératoires (tension, polarité, vitesse, paramètres géométriques, concentration en particules, humidité, etc.). Les aiguilles ont une efficacité légèrement inférieure à celle de l’électrofiltre mais présentent une très faible production de l'ozone et une consommation énergétique moindre. L’étude paramétrique permet de dimensionner, d'optimiser la géométrie du procédé et de définir les meilleures conditions de fonctionnement / Indoor air quality has become a public health issue because of the increased time spent in indoor environments and confined spaces. The goal of this work is to develop processes using corona discharge to treat chemical gaseous and particulate pollutants in indoor air. The first part of the work concerns the degradation of chemical gaseous pollutants present in very low concentrations in indoor air. The coupling of a corona discharge and a catalyst is implemented to degrade toluene under conditions representative of the indoor air. Tests were carried out under a range of operating and environmental conditions. This study demonstrates the very good efficiency of the corona discharge for toluene with very low specific density. Optimal operating conditions are identified and reaction mechanisms are proposed following the identification of the main reaction products. However, the generations of by-products, ozone and NOx, which can be hazardous compounds, have to be taken into account. The combination of corona discharge with catalysis seems as a promising way to ensure the suitability and the safety of non-thermal plasma as an indoor air cleaner. Different catalysts based on transition metal oxides (MnOx/Al2O3) are synthesized and then modified by grafting modifying agents. Their efficiency for ozone and NOx elimination is quantified in the presence of different water vapor contents. The second part concerns the particle collection by electrostatic precipitation. Three processes are studied; they combine an ionization stage and a collection stage. The ionization is ensured either by a wire-plate electrostatic precipitator (ESP) or by needles brought to a potential of a few kilovolts. The collection efficiency is measured in the range of 10 nm to 20 μm according to different operating parameters (voltage, polarity, velocity, geometrical parameters, particle concentration, humidity, etc.). The needles have a slightly lower efficiency than the ESP but present a very low production of ozone and a lower energy consumption. The parametric study makes it possible to dimension, to optimize the geometry of the process and to define the best operating conditions

Dans cette thèse, nous explorons premièrement la notion de directionnalité lors de la conception de repères d'ondelettes du plan. Cette propriété, qui semble essentielle pour la vision biologique, donne lieu à une meilleure représentation des contours d'objets dans les décompositions d'images utilisant ces repères. Elle génère en outre une redondance supplémentaire qui exploitée à bon escient, permet par exemple de réduire les effets d'un bruit additif (gaussien). Nous montrons également comment cette directionnalité, généralement perçue comme un paramètre figé, peut être adaptée localement aux éléments d'une image. Nous définissons ainsi le concept d'analyse d'images multisélective. Dans ce cadre, des règles de récurrence héritées d'une analyse multirésolution circulaire associent des ondelettes d'une certaine sélectivité angulaire pour générer des ondelettes de plus faible directionnalité jusqu'à l'obtention d'une ondelette totalement isotrope. Dans le cas d'un repère d'ondelettes linéaire, ces différents niveaux de sélectivité ont la possibilité de s'ajuster localement au contenu d'une image. Nous constatons par ailleurs que cette adaptabilité fournit de meilleures reconstructions que les méthodes à sélectivité fixe lors d'approximations non linéaires d'images. Cette thèse traite ensuite du problème de l'analyse de données représentées sur la sphère. Il a été établi précédemment [AV99] que la transformée continue en ondelettes (CWT) s'étend à cet espace par l'emploi d'une dilatation stéréographique respectant la compacité de S2. Dans certain cas, il est utile de réduire la redondance de cette transformée, ne fut ce que pour faciliter le traitement des données dans l'espace multi-échelle généré. Nous étudions par conséquent comment créer des repères sphériques semi-continus, où seule l'échelle est échantillonnée, et totalement discrétisés. Nous tirons parti dans ce dernier cas de grilles sphériques équi-angulaires et des règles de quadrature associées pour obtenir des conditions suffisantes à la reconstruction des fonctions analysées. Les capacités d'analyse et de synthèse de repères d'ondelettes DOG sont également testées sur des exemples de données sphériques. Une dernière partie de ce document est dédiée à l'étude d'un objet physique étonnant : la couronne solaire. Cette couche extérieure du soleil est observée depuis 1996 par l'expérience EIT à bord du satellite SoHO dans différentes longueurs d'onde de l'ultraviolet lointain. La compréhension physique des multiples phénomènes apparaissant dans la couronne solaire passe par le traitement automatique des images EIT. Dans cette tâche, nous nous limitons à deux problèmes particuliers. Nous utilisons premièrement la CWT et sa capacité à analyser la régularité locale d'une image pour gommer les traces laissées par les rayons cosmiques, majoritairement non solaires, sur les enregistrements EIT. Deuxièmement, la couronne solaire contient des éléments de faible taille (<60arcsec) nommés points brillants (ou BPs pur Bright points). Ceux-ci trouvent leur origine dans l'échauffement local du plasma coronal sous l'action du champs magnétique solaire. En abordant une approche similaire à celle développée en [Bij99], nous étudions comment sélectionner et caractériser ces BPS en décomposant une image en ses objets constitutifs. Ces derniers sont issus de tubes de maxima dans la description multi-échelle de l'image, c'est-à-dire d'une généralisation discrète des lignes de maxima de la CWT.

We present observational and numerical evidence supporting the theory of impulsive heating of the solar corona. We have run numerical simulations solving the hydrodynamic equations for plasma confined to a magnetic flux tube, for the two distinct cases of steady and impulsive heating. We find that steady heating cannot explain the observed amount of low-temperature plasma in active regions on the sun. The results for impulsive heating closely match those of the observations. The ratio of heating time to cooling time predominantly determines the observed temperature distribution of the plasma. We have also identified an observational bias in calculating intensities of spectral lines in previous studies, which causes an under-estimation of low-temperature plasma. We predict Doppler shifts in the observed line emission that are in agreement with observations, and which may serve as a diagnostic of the strength of heating. We conclude that impulsive heating of active region coronal loops is more likely than steady heating.

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The Sun is surrounded by a 10^6 K hot atmosphere, the corona. The corona and the solar wind are fully ionized, and therefore in the plasma state. Magnetic fields play an important role in a plasma, since they bind electrically charged particles to their field lines. EUV spectroscopes, like the SUMER instrument on-board the SOHO spacecraft, reveal a preferred heating of coronal ions and strong temperature anisotropies. Velocity distributions of electrons can be measured directly in the solar wind, e.g. with the 3DPlasma instrument on-board the WIND satellite. They show a thermal core, an anisotropic suprathermal halo, and an anti-solar, magnetic-field-aligned, beam or "strahl". For an understanding of the physical processes in the corona, an adequate description of the plasma is needed. Magnetohydrodynamics (MHD) treats the plasma simply as an electrically conductive fluid. Multi-fluid models consider e.g. protons and electrons as separate fluids. They enable a description of many macroscopic plasma processes. However, fluid models are based on the assumption of a plasma near thermodynamic equilibrium. But the solar corona is far away from this. Furthermore, fluid models cannot describe processes like the interaction with electromagnetic waves on a microscopic scale. Kinetic models, which are based on particle velocity distributions, do not show these limitations, and are therefore well-suited for an explanation of the observations listed above. For the simplest kinetic models, the mirror force in the interplanetary magnetic field focuses solar wind electrons into an extremely narrow beam, which is contradicted by observations. Therefore, a scattering mechanism must exist that counteracts the mirror force. In this thesis, a kinetic model for electrons in the solar corona and wind is presented that provides electron scattering by resonant interaction with whistler waves. The kinetic model reproduces the observed components of solar wind electron distributions, i.e. core, halo, and a "strahl" with finite width. But the model is not only applicable on the quiet Sun. The propagation of energetic electrons from a solar flare is studied, and it is found that scattering in the direction of propagation and energy diffusion influence the arrival times of flare electrons at Earth approximately to the same degree. In the corona, the interaction of electrons with whistler waves does not only lead to scattering, but also to the formation of a suprathermal halo, as it is observed in interplanetary space. This effect is studied both for the solar wind as well as the closed volume of a coronal magnetic loop. The result is of fundamental importance for solar-stellar relations. The quiet solar corona always produces suprathermal electrons. This process is closely related to coronal heating, and can therefore be expected in any hot stellar corona. In the second part of this thesis it is detailed how to calculate growth or damping rates of plasma waves from electron velocity distributions. The emission and propagation of electron cyclotron waves in the quiet solar corona, and that of whistler waves during solar flares, is studied. The latter can be observed as so-called fiber bursts in dynamic radio spectra, and the results are in good agreement with observed bursts. / Die Sonne ist von einer 10^6 K heißen Atmosphäre, der Korona, umgeben. Sie ist ebenso wie der Sonnenwind vollständig ionisiert, also ein Plasma. Magnetfelder spielen in einem Plasma eine wichtige Rolle, da sie elektrisch geladene Teilchen an ihre Feldlinien binden. EUV-Spektroskope, wie SUMER auf der Raumsonde SOHO, zeigen eine bevorzugte Heizung koronaler Ionen sowie starke Temperaturanisotropien. Geschwindigkeitsverteilung von Elektronen können im Sonnenwind direkt gemessen werden, z.B. mit dem 3DPlasma Instrument auf dem Satelliten WIND. Sie weisen einen thermischen Kern, einen isotropen suprathermischen Halo, sowie einen anti-solaren, magnetfeldparallelen Strahl auf. Zum Verständnis der physikalischen Prozesse in der Korona wird eine geeignete Beschreibung des Plasms benötigt. Die Magnetohydrodynamik (MHD) betrachtet das Plasma einfach als elektrisch leitfähige Flüssigkeit. Mehrflüssigkeitsmodelle behandeln z.B. Protonen und Elektronen als getrennte Fluide. Damit lassen sich viele makroskopische Vorgänge beschreiben. Fluidmodelle basieren aber auf der Annahme eines Plasmas nahe am thermodynamischen Gleichgewicht. Doch die Korona ist weit davon entfernt. Ferner ist es mit Fluidmodellen nicht möglich, Prozesse wie die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Wellen mikroskopisch zu beschreiben. Kinetische Modelle, die Geschwindigkeitsverteilungen beschreiben, haben diese Einschränkungen nicht und sind deshalb geeignet, die oben genannten Messungen zu erklären. Bei den einfachsten Modellen bündelt die Spiegelkraft im interplanetaren Magnetfeld die Elektronen des Sonnenwinds in einen extrem engen Strahl, im Widerspruch zur Beobachtung. Daher muss es einen Streuprozess geben, der dem entgegenwirkt. In der vorliegenden Arbeit wird ein kinetisches Modell für Elektronen in der Korona und im Sonnenwind präsentiert, bei dem die Elektronen durch resonante Wechselwirkung mit Whistler-Wellen gestreut werden. Das kinetische Modell reproduziert die beobachteten Bestandteile von Elektronenverteilungen im Sonnenwind, d.h. Kern, Halo und einen Strahl endlicher Breite. Doch es ist nicht nur auf die ruhige Sonne anwendbar. Die Ausbreitung energetischer Elektronen eines solaren Flares wird untersucht und dabei festgestellt, dass Streuung in Ausbreitungsrichtung und Diffusion in Energie die Ankunftszeiten von Flare-Elektronen bei der Erde in etwa gleichem Maße beeinflussen. Die Wechselwirkung von Elektronen mit Whistlern führt in der Korona nicht nur zu Streuung, sondern auch zur Erzeugung eines suprathermischen Halos, wie er im interplanetaren Raum gemessen wird. Dieser Effekt wird sowohl im Sonnenwind als auch in einem geschlossenen koronalen Magnetfeldbogen untersucht. Das Ergebnis ist von fundamentaler Bedeutung für solar-stellare Beziehungen. Die ruhige Korona erzeugt stets suprathermische Elektronen. Dieser Prozeß ist eng mit der Koronaheizung verbunden, und daher in jeder heißen stellaren Korona zu erwarten. Im zweiten Teil der Arbeit wird beschrieben, wie sich aus der Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen die Dämpfung oder Anregung von Plasmawellen berechnen lässt. Die Erzeugung und Ausbreitung von Elektronenzyklotronwellen in der ruhigen Korona und von Whistlern während solarer Flares wird untersucht. Letztere sind als sogenannte fiber bursts in dynamischen Radiospektren beobachtbar, und die Ergebnisse stimmen gut mit beobachteten Bursts überein.

Tyrimų tikslas – laboratorinėmis sąlygomis eksperimentiškai nustatyti džiovinimo vainikinio išlydžio elektriniame lauke efektyvumą ir palyginti jį su džiovinimu elektromechaniniu ventiliatoriumi. Darbe aptariami kviečių ir gražgarstės lapų džiovinimo vainikinio išlydžio lauku eksperimentinio tyrimo rezultatai naudojant elektrodų sistemą „lygiagrečių laidų tinklelis virš įžemintos plokštumos“. Darbe apžvelgtos technologijos pagrįstos vainikinio išlydžio lauko naudojimu Tyrimai atlikti Kauno technologijos universitete elektromagnetinių laukų įtaisų mokslinėje laboratorijoje, su įtaisu kurį sudaro aukštos įtampos šaltinis ir elektrodų sistema „lygiagrečių laidų tinklelis virš įžemintos plokštumos“. Atliktas joninio ir elektromechaninio ventiliatoriaus oro srautų palyginimas. / The aim of the research is to establish experimentally the effectiveness of drying affected by the corona field in comparison with the effectiveness of drying affected by the external airflow driven by electromechanical ventilator. Review of various techniques applying of corona field is given. Results of wheat drying by using the corona field of electrode system „ a set of parallel wires under the grounded plate“ are presented and discussed. Experimental study of drying is performed in Research laboratory of electromagnetic field devices of Kaunas university of technology. Test drying device consists of the high voltage source and the electrode system „a set of parallel wires under the grounded plate“. Comparison of corona field airflow and electromechanical ventilator airflow is given.

Powerlines are important in the process of electricity transmission and distribution (T & D) and their essential role in transmitting electricity from the large generating stations to the final consumers cannot be over emphasized. Over the years, an increase in the demand for electrical energy (electricity) has led to the construction and inevitable use of high transmission voltage, sub-transmission voltage and distribution voltage power conducting lines, for the electricity T & D process. Along with this essential role, electricity conductors can also give rise to some electrically related effects such as interference with telecommunication circuits, electric shocks, electromagnetic fields, audible noise, corona ion discharges, etc. The presence of powerline generated corona ions in any ambient air environment can be associated with the local modification of the earth’s natural dc electric field (e-field), while the interactions between these ions and other airborne aerosol particles can be associated with the presence of charged aerosol particles in the environment of the corona ion emitting lines. When considering all the studies conducted to date on the possible direct and indirect effects of high voltage powerlines (HVPLs), of significant interest are those suggesting links between powerlines and some adverse human health effects – with such health effects alleged to be strongest amongst populations directly exposed to HVPLs. However, despite the numerous studies conducted on HVPLs, to date a lack of proper scientific understanding still exist in terms of the physical characterization of the electrical environment surrounding real-world HVPLs - mostly in terms of the entire dynamics of ions and charged particles, as well as the possible links/associations between the different parameters that characterize these electrical environments. Yet, gaining a sound understanding about the electrical environment surrounding energized real-world HVPLs is imperative for the accurate assessment of any possible human exposure or health effects that may be associated with powerlines. The research work presented in this thesis was motivated by the existing gaps in scientific understanding of the possible association between corona ions generated by real-world HVPLs and the production of ambient charged aerosol particles. The aim of this study was to supply some much needed scientific knowledge about the characteristics of the electrical environment surrounding real-world energized HVPLs. This was achieved by investigating the possible effects of corona ions generated by real-world overhead HVPLs on ambient aerosol particle number concentration level, ambient aerosol particle charge concentration level, ambient ion concentration level and the magnitude of the local vertical dc e-field; while also taking into consideration the possible effect of complex meteorological factors (such as temperature, pressure, wind speed wind direction, solar radiation and humidity) on the instantaneous value of these measured parameters, at different powerline sites. The existence of possible associations or links between these various parameters measured in the proximity of the powerlines was statistically investigated using simple linear regression, correlation and multivariate (principal component, factor, classification and regression tree-CART) analysis. The strength of the regression was tested with coefficient of determinations R2, while statistical significance was asserted at the 95 % confidence level. For the powerline sites investigated in this study, both positive and negative polarities of ions were found to be present in the ambient air environment. The presence of these ions was associated with perturbations in the local vertical dc e-field, increased net ambient ion concentrations and net particle charge concentration levels. The mean net ion concentration levels (with a range of 4922 ions cm-3 to -300 ions cm-3) in the ambient environment of these powerlines, were in excess of what was measured in a typical outdoor air (i.e -400 ions cm-3). The mean net particle charge concentration levels (1469 ions cm-3 to -1100 ions cm-3) near the powerlines were also found to be statistically significantly higher than what was obtained for a mechanically ventilated indoor room (-84 ± 49 ions cm-3) and a typical urban outdoor air (-486 ± 34 ions cm-3). In spite of all these measured differences however, the study also indicated that ambient ion concentration as well as its associated effects on ambient particle charge concentration and e-field perturbations gradually decreased with increase in distance from the powerlines. This observed trend provided the physical evidence of the localized effect of real-world HVPL generated corona ions. Particle number concentration levels remained constant (in the order of 103 particles cm-3) irrespective of the powerline site or the sampling distance from the lines. A close observation of the output signals of the sampling instruments used in this study consistently revealed large fluctuations in the instantaneous value of all the measured electrical parameters (i.e. non-periodic extremely high and low negative and positive polarities of ions/charged particles and e-field perturbations was recorded). Although the reason for these observed fluctuations is not particularly known at this stage, and hence in need of further investigations, it is however being hypothesized that, since these fluctuations appear to be characteristic of the highly charged environment surrounding corona ion emitting electrical infrastructures, they may be suggestive of the possibility that the release of corona ions by ac lines are not necessarily in the form of a continuous flow of ions. The results also showed that statistically significant correlations (R2 = 74 %, P < 0.05) exists between the instantaneous values of the ground-level ambient ion and the ground-level ambient particle charge concentration. This correlation is an indication of the strong relationship/association that exists between these two parameters. Lower correlations (R2 = 3.4 % to 9 %, P < 0.05) were however found to exist between the instantaneous values of the vertical dc e-field and the ground-level ambient particle charge concentration. These suggest that e-field measurements alone may not necessarily be a true indication of the ground-level ambient ion and particle charge concentration levels. Similarly, low statistical correlations (R2 = 0.2 % to 1.0 %, P < 0.05) were also found to exist between the instantaneous values of ambient aerosol particle charge concentration and ambient ultrafine (0.02 to 1 μm sized) aerosol particle number concentration. This low level of correlations suggests that the source contribution of aerosol particle charge and aerosol particle number concentration into the ambient air environment of the HVPLs were different. In terms of the implication of human exposure to charged aerosol particles, the results obtained from this study suggests that amongst other factors, exposure to the dynamic mixture of ions and charged particles is a function of : (a) distance from the powerlines; (b) concentration of ions generated by the powerlines; and (c) meteorology - wind turbulence and dispersal rate. In addition to all its significant findings, during this research, a novel measurement approach that can be used in future studies for the simultaneous monitoring of the various parameters characterizing the physical environment of different ion/charged particle emission sources (such as high voltage powerlines, electricity substations, industrial chimney stack, motor vehicle exhaust, etc.) was developed and validated. However, in spite of these significant findings, there is still a need for other future and more comprehensive studies to be carried out on this topic in order to extend the scientific contributions of in this research work.

Mémoire (M.Sc.A)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Eng.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1994. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU