Clostridium difficile est responsable de vingt-cinq pour cent des diarrhées post-antibiotiques et de la majorité des cas de colite pseudomembraneuse. C'est un bacille anaérobie à Gram positif sporulant. La bactérie est recouverte par un réseau cristallin bidimensionnel appelé couche S. Elle est formée par deux sous-unités de haut et bas poids moléculaire issues du clivage du précurseur SlpA par la protéase Cwp84. Ces deux protéines sont codées par des gènes situés dans le locus cwp et sont sécrétées par le système de sécrétion de type SecA2. Elles sont impliquées dans l'adhésion/colonisation du côlon par C. difficile. L'adhésion est une étape commune avec la formation du biofilm par les bactéries. Le biofilm est une communauté bactérienne enchâssée et protégée par une matrice extracellulaire produite par les membres de la communauté. C'est le mode de vie principal des bactéries. Nous avons caractérisé la voie de sécrétion de type SecA2 de C. difficile. La protéine SecA2 (codée également par un gène du locus cwp) est essentielle pour la survie de C. difficile. Elle a une double localisation : le cytoplasme et la membrane intracellulaire. SecA2 de B. anthracis est capable de dimériser avec les protéines SecA1 et SecA2 de C. difficile. De plus, la complémentation du mutant secA2 de B. anthracis par le gène secA2 de C. difficile est fonctionnelle. Le rôle de la couche S, de la protéase Cwp84 et de la mobilité dans le biofilm de C. difficile ont été également étudiés. La souche 630∆erm forme un biofilm fin et fragile tandis que le mutant 630∆ermcwp84::erm forme un biofilm épais et robuste. Nous avons montré que l'activité protéolytique de Cwp84 était impliquée dans la formation du biofilm. De plus, une inhibition de la traduction de l'ARN slpA avec un ARN antisens spécifique permet une augmentation de la taille du biofilm formé par la souche 630∆erm. Similairement, l'expression de l’allèle secA2 muté dominant qui bloque au moins partiellement la voie de sécrétion de type SecA2 augmente la taille du biofilm. Nos résultats suggèrent que la couche S, la protéase Cwp84 et la protéine SecA2 sont impliquées dans la formation du biofilm de C. difficile. Par ailleurs nous avons testé un panel de souches dans leur capacité à former un biofilm. Les résultats montrent que les souches non mobiles ne seraient pas capables de former un biofilm épais. Enfin, nous avons étudié la capacité de C. difficile à se développer en aérobiose au sein d’un biofilm mixte avec Bacillus cereus. Nous avons mis en évidence un recrutement et une multiplication de C. difficile dans la pellicule formée à l'interface air/liquide par B. cereus. Un rapport optimal des spores des deux espèces est requis pour le développement de C. difficile dans ces conditions. La présence de spores de C. difficile dans la pellicule suggère que les biofilms de l'environnement pourraient être des réservoirs de spores de C. difficile, et à l'origine de contaminations humaine et animale. / Clostridium difficile is responsible for twenty-five percent of post-antibiotics diarrhea and for most cases of pseudomembranous colitis. It is an anaerobic, sporulating, Gram-positive bacillus. The bacterium is covered by a two-dimensional lattice called S-layer. It is formed by two subunits of high and low molecular weight after the cleavage of the SlpA precursor by the Cwp84 protease. These two proteins are encoded by genes located in the locus cwp and are secreted by the SecA2 secretion system. They are involved in colonic adhesion/colonization by C. difficile. Adhesion is a common step with biofilm formation by bacteria. The Biofilm is a microbial community embedded in and protected by an extracellular matrix produced by the community members. The biofilm is the main bacterial way of life.We have characterized the SecA2 secretory pathway of C. difficile. The SecA2 protein (as encoded by a gene locus cwp) is essential for the survival of C. difficile. It has a dual location: cytoplasm and intracellular membrane. SecA2 of B. anthracis is able to dimerize with SecA1 and SecA2 proteins of C. difficile. Moreover, the complementation of B. anthracis secA2 mutant with secA2 gene of C. difficile is functional.The role of the S-layer, of the Cwp84 protease and of the motility in the biofilm of C. difficile have also been studied. The 630∆erm strain forms a thin and weak biofilm while the 630∆ermcwp84::erm mutant forms a thick and robust biofilm. We have shown that proteolytic activity of Cwp84 was involved in biofilm formation. Furthermore, a decrease in the translation of slpA RNA with an antisense RNA specific permits an increase in the size of the biofilm of the strain 630∆erm strain. Similarly, the expression of the dominant mutated secA2 allele, which at least partially blocks the SecA2 secretory pathway, increases the biofilm size. Our results suggest that the S-layer, the Cwp84 protease and the SecA2 protein are involved in biofilm formation of C. difficile. On the other hand, we have tested a panel of strains in their capacity to form a biofilm. The results show that non-motile strains are unable to form a thick biofilm.Finally, we have studied the ability of C. difficile to grow aerobically in a mixed biofilm with B. cereus. We highlighted a recruitment and proliferation of C. difficile in the film formed at the air/liquid interface with B. cereus. An optimal ratio of spores of both species is required for the development of C. difficile in these conditions. The presence of C. difficile spores in the film suggests that the environment biofilms could be reservoirs of spores of C. difficile, and the source of human and animal contamination.

Améliorer la représentation de la couche limite stable constitue un des grands challenges de la prévision numérique du temps et du climat. Sa représentation est clé pour la prévision du brouillard, du gel des surfaces, des inversions de température, du jet de basse couche et des épisodes de pollution. De plus, à l'échelle climatique, la hausse de la température moyenne globale de l'air en surface impacte davantage les régions polaires : améliorer la représentation de la couche limite stable est un enjeu important pour réduire les incertitudes autour des projections climatiques. Depuis une quinzaine d'années, les exercices d'intercomparaison de modèles GABLS ont montré que le mélange turbulent dans la couche limite stable est généralement surestimé par les modèles de prévision du temps. En effet, de nombreux modèles intensifient artificiellement l'activité de leur schéma de turbulence afin d'éviter une décroissance inévitable du mélange lorsque la stabilité dépasse un seuil critique en terme de nombre de Richardson gradient. Ce problème numérique et théorique n'est pas en accord avec de nombreuses observations et simulations à haute résolution qui montrent une activité turbulente séparée en deux régimes : un régime faiblement stable dans lequel l'atmosphère est turbulente de manière continue et intense, et un régime très stable dans lequel la turbulence est très intermittente, anisotrope et faible en intensité. Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux parties dont l'objectif principal est d'améliorer la paramétrisation de la turbulence dans le modèle atmosphérique de recherche Méso-NH développé conjointement par Météo-France et le Laboratoire d'Aérologie, et dans le modèle opérationnel AROME. Cette étude utilise une méthodologie communément employée dans le développement de paramétrisations qui consiste à comparer des simulations à très haute résolution qui résolvent les structures turbulentes les plus énergétiques (LES) à des simulations uni-colonnes d'un modèle méso-échelle. Plusieurs simulations 3D couvrant différents régimes de stabilité de l'atmosphère sont réalisées avec Méso-NH. Les limites du modèle LES en stratification stable sont documentées. Une première partie répond à la problématique de la surestimation du mélange dans le régime faiblement stable. Une expression originale pour la longueur de mélange est formulée. La longueur de mélange est un paramètre clé pour les schémas de turbulence associés à une équation pronostique pour l'énergie cinétique turbulente. Cette longueur de mélange non-locale combine un terme de cisaillement vertical du vent horizontal à une formulation existante qui repose sur la flottabilité. Le nouveau schéma est évalué dans des simulations 1D par rapport aux LES d'une part ; et dans le modèle opérationnel AROME par rapport aux observations de l'ensemble du réseau opérationnel de Météo-France d'autre part. Une deuxième partie apporte des éléments d'évaluation d'un schéma combinant deux équations pronostiques pour les énergies cinétiques et potentielles turbulentes. En condition stable, le flux de chaleur négatif contribue à la production d'énergie potentielle turbulente. L'interaction entre les deux équations d'évolution permet, via une meilleure prise en compte de l'anisotropie et d'un terme à contre gradient dans le flux de chaleur, de limiter la destruction de l'énergie turbulente dans les modèles. Dans les cas simulés, cette nouvelle formulation ne montre pas un meilleur comportement par rapport à un schéma à une équation pour l'énergie cinétique turbulente car le mécanisme d'auto-préservation n'est pas dominant par rapport au terme de dissipation. Il conviendra d'améliorer la paramétrisation du terme de dissipation dans le régime très stable. / The modeling of the stable atmospheric boundary layer is one of the current challenge faced by weather and climate models. The stable boundary layer is a key for the prediction of fog, surface frost, temperature inversion, low-level jet and pollution peaks. Furthermore, polar regions, where stable boundary layer predominates, are one of the region with the largest temperature rise : the stable boundary layer modeling is crucial for the reduction of the spread of climate predictions. Since more than 15 years, the GABLS models intercomparison exercices have shown that turbulent mixing in the stable boundary layer is overestimated by numerical weather prediction models. Numerous models artificially strengthen the activity of their turbulence scheme to avoid a laminarization of the flow at a critical value of the gradient Richardson number. The existence of this threshold is only a theoretical and a numerical issues. Numerous observations and high-resolution numerical simulations do not support this concept and show two different regimes : the weakly stable boundary layer that is continuously and strongly turbulent; and the very stable boundary layer globally intermittent with a highly anisotropic and very weak turbulence. This thesis aims at improving the turbulence scheme within the atmospheric research model Méso-NH developped by Météo-France and the Laboratoire d'Aérologie, and the operational weather forecast model AROME. We use a traditional methodology based on the comparison of high-resolution simulations that dynamically resolve the most energetic turbulent eddies (Large-Eddy Simulations) to single-column simulations. Several LES covering the weakly and the very stable boundary layer were performed with Méso-NH. The limits of applicability of LES in stratified conditions are documented. The first part of the study deals with the overmixing in the weakly stable boundary layer. We propose a new diagnostic formulation for the mixing length which is a key parameter for turbulence schemes based on a prognostic equation for the turbulent kinetic energy. The new formulation adds a local vertical wind shear term to a non-local buoyancy-based mixing length currently used in Méso-NH and in the French operational model AROME. The new scheme is evaluated first in single-column simulations with Méso-NH and compared to LES, and then in the AROME model with respect to observations collected from the operational network of Météo-France. The second part presents a theoretical and numerical evaluation of a turbulence scheme based on two prognostic equations for the turbulent kinetic and potentiel energies. In stratified conditions, the heat flux contributes to the production of turbulent potential energy. The laminarization of the flow is then limited by a reduction of the destruction of the turbulent kinetic energy by a better representation of the anisotropy and a counter-gradient term in the heat flux. On the simulated cases, this new formulation behaves similarly than the scheme with one equation for the turbulent kinetic energy because the self-preservation mechanism is not dominant compared to the dissipation term. Further research should improve the turbulent kinetic energy dissipation closure in the very stable regime.

La faible durée de vie des cellules solaires organiques constitue un frein à leur développement commercial. Dans ce contexte, ce travail de thèse a été consacré à l’amélioration de la résistance mécanique des cellules d’une part, et d’autre part à l’étude de leur stabilité chimique sous l’impact de la lumière. Concernant le premier axe de recherche, nous avons proposé la synthèse de nouveaux copolymères à blocs (P3HT-b-P(R)SS) susceptibles d’améliorer l’adhésion entre la couche active (P3HT:PCBM) et la couche qui transporte les trous (PEDOT:PSS) dans des dispositifs inverses. Puis, concernant le second axe de recherche, à savoir l’amélioration de la résistance à la lumière de la couche active des cellules, nous avons élucidé les mécanismes de dégradation des polymères et identifié celles de leurs propriétés physico-chimiques impactant leur stabilité. En combinant techniques analytiques et modélisation, il a tout d’abord été possible d’identifier les points faibles d’un polymère modèle, le Si-PCPDTBT. Puis, dans l’objectif d’établir une relation structure-stabilité, l’effet de la variation systématique du squelette conjugué et de la chaîne latérale du polymère a été étudié. Finalement, une analyse multi-échelle a été mise en oeuvre, allant de la stabilité de la couche active jusqu’à celle de la cellule solaire correspondante. Il a alors été montré qu’en choisissant judicieusement les matériaux de la couche active, les couches interfaciales, l’architecture et l’encapsulation des cellules, il était tout à fait possible d’atteindre des durées de vie supérieures à trois ans sans perte significative de performance électrique des dispositifs. / The commercial application of Organic Solar Cells is limited by their short operational lifetimes. In this context, this work has been devoted to the improvement of both the mechanical resistance of these devices and their chemical stability when exposed to light. Concerning the former, the synthesis of P3HT-b-P(R)SS block copolymers as adhesive materials has been proposed to improve adhesion between the active layer (P3HT:PCBM) and the hole transport layer (PEDOT:PSS) in inverted devices. In order to improve the photochemical resistance of the active layer, the second main objective of this project was to identify both polymer degradation pathways and the properties determining polymer stability. Firstly, analytical techniques and modelling have been employed to identify the weak structural points in model low bandgap polymer, Si-PCPDTBT. Then, a series of polymers with systematically modified backbones and/or alkyl side chains has been studied with the aim of establishing a relationship between chemical structure and stability. Finally, multiscale analysis was undertaken on the degradation of solar cells, going from the stability of separate active layers to that of complete devices. It was shown that judicious selection of device layers, architectures, and encapsulation materials, can lead to operational lifetimes over three years with no efficiency losses.

Le développement du transport partout dans le monde a fourni un grand nombre d'avantages pour de nombreux aspects de la vie humaine. Les systèmes de transport intelligents (ITS) sont des applications avancées qui visent à rendre les réseaux de transport plus sûrs, plus pratiques et plus intelligents. Selon leurs usages, ils peuvent être classés en deux types d'applications ITS, qui sont des applications de sûreté et des applications non-sûreté. Le réseau de véhicules ad hoc (VANET) est un élément clé des systèmes ITS, car il permet la communication entre les unités de transport. Ces communications prennent en charge différentes applications ITS avec différentes propriétés. Parmi les deux types d'applications, nous nous intéressons aux applications de sûreté qui ont des contraintes de qualité de service et des contraintes de sécurité plus strictes. Selon le scénario considéré et l'application de sûreté donnée, les informations échangées entre les véhicules doivent être diffusé localement dans une communication à un seul saut et / ou également notifiées aux véhicules à large dimension. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer les performances des applications de sûreté en termes de qualité de service et de sécurité, à la fois dans une communication à un saut et dans une communication multi-sauts. Nous nous intéressons à la fiabilité, la connectivité et le déni de service (DoS). Nous étudions et proposons des solutions techniques provenant de couches inférieures (Physique, Liaison et Réseaux) qui jouent un rôle fondamental dans l'atténuation des défis créés par la nature de l'environnement des véhicules. Tout d'abord, nous introduisons une nouvelle méthode efficace pour fiabiliser la radiodiffusion. Dans notre système, les messages de sécurité sont rediffusés lorsque l'expéditeur est sollicité. Cela augmente le pourcentage de véhicules qui reçoivent les messages alors que le nombre de messages dupliqués reste limité. En second lieu, en tenant compte de la fragmentation du réseau, nous étudions des solutions qui permettent de pallier la déconnexion temporaire du réseau pour apporter l'information de sécurité aux destinataires. Basé sur les propriétés sociales des réseaux de véhicules, nous proposons un protocole de transfert basé sur des relations sociales pour relayer la communication entre les véhicules et des points d'intérêt qui fournissent des services de sécurité avec des contraintes de temps plus souples, telles que la recherche et le sauvetage. Troisièmement, nous étudions l'attaque de brouillage, une sorte d'attaques DoS, qui est cruciale pour les applications de sûreté et qui et facilement réalisable au niveau des couches inférieures. Nous modélisons l'attaque de brouillage afin d'étudier la dégradation causée par l'attaque sur les performances du réseau. La dégradation à un certain niveau dans les performances du réseau est une indication de présence d'attaques de brouillage dans le réseau; donc les résultats de cette analyse nous permettent de déterminer les seuils de performance du réseau pour distinguer entre les scénarios normaux et les scénarios attaqués. Toutefois, selon cette analyse, le procédé utilisant la dégradation comme une indication pour détecter une attaque de brouillage est impossible pour des applications temps réel. Par conséquent, nous proposons des nouvelles méthodes afin de détecter les attaques de brouillage temps réel. Nos méthodes permettent la détection en temps réel avec une grande précision, non seulement chez le moniteur central mais aussi au niveau de chaque véhicule. Par conséquent, les véhicules sont avertis sur l'attaque assez tôt pour récupérer la communication et réagir à ces attaques. / The development of transportation all over the world has been providing a lot of benefits for many aspects of human life. Intelligent Transportation Systems (ITS) are advanced applications that aim to make the transport networks safer, more convenient and smarter. According to their usages, they can be classified into two types of ITS applications, which are safety applications and non-safety applications. Vehicular ad hoc network (VANET) is a key component of ITS since it enables communications among transportation units. These communications support different ITS applications with various properties. Between two types of applications, we are interested in safety applications which have tighter quality and security constraints. Depending on an applied scenario of a given safety application, the exchanged information among vehicles must be broadcast locally within one-hop communication and/or also be notified to vehicles in large range. The main objective of this thesis is to improve the performance of safety applications in term of the quality of service and security, in both one-hop communication and multi-hop communication. We focus on reliability, connectivity and Denial of Services (DoS) attack. We study and propose technical solutions coming from lower layers (Physical, MAC and network layers) which play a fundamental role in mitigation to challenges created by the nature of the vehicular environment. Firstly, we introduce a reliable scheme to achieve the reliability for broadcasting. In our scheme, the safety messages are rebroadcast when the sender is solicited. This increases the percentage of vehicles receiving the messages while duplicated messages are limited. Secondly, with consideration of the fragmentation of the network, we study solutions that overcome the temporary disconnection in the network to bring the safety information to the recipients. Based on the social properties of vehicular networks, we propose a social-based forwarding protocol to support the communication between vehicles to points of interest that provide safety services with looser time constraints, such as search and rescue. Thirdly, we investigate jamming attack, a kind of DoS attacks, which is crucial for safety applications because of the adequate condition of the attack at the lower layers. We model jamming attack on broadcasting in order to study the degradation caused by the attack on network performance. The degradation at a certain level in network performance is an indication of a jamming attack presence in the network; therefore results from this analysis will allow us to determine network performance thresholds to distinguish between normal and attacked scenarios. However, according to our analysis, the method using the degradation as an indication to detect a jamming attack is not feasible for real-time applications. Hence, we propose methods to detect jamming attacks in real-time. Our methods allow real-time detection with high accuracy, not only at the central monitor but also at each vehicle. Therefore, vehicles are noticed about the attack soon enough to recover the communication and react to these attacks.

Dans cette thèse, nous explorons des matériaux basés sur le bismuth qui peuvent présenter des propriétés topologiques. Bi est un composant d’Isolants Topologiques identifiés qui consistent en un volume isolant tout en présentant aussi des états électroniques conducteurs en surface topologiquement protégés. En particulier, ces états de surface sont polarisés en spin et sont protégés par la symétrie du renversement du temps. L’attrait des Isolants Topologiques découle non seulement de leur intérêt évident du point de vue de la physique fondamentale, mais aussi du fait qu’ils puissent trouver une application en spintronics et dans les ordinateurs quantiques.Dans ces systèmes, le couplage spin-orbit joue un rôle central. Le couplage spin-orbit peut aussi mener à la levée de dégénérescences de Rashba ou de Dresselhaus, phénomènes découlant de la brisure en symétrie respectivement engendrée par la surface/interface d’un système ou de l’inhérente structure cristalline atomique.L’interprétation de mesures de structures de bandes dépendantes du spin, comme observées par spectroscopie par photoemission résolue en angle (et en spin), est appuyée et complémentée par des calculs ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker de la structure électronique qui incluent tous les aspects des systèmes examinés : en particulier le couplage spin-orbit, fondamentalement compris grâce à une approche entièrement relativiste.Nous avons d’abord déposé des couches minces de Bi sur un substrat d’InAs(111). Un cristal de Bi de très bonne qualité est obtenu, confirmé par la reproduction par étude théorique des bandes électroniques mesurées. En parallèle de la croissance de la couche de Bi, nous observons que l’In et le Bi forment des cristaux d’InBi, exposant des états de surface topologiques. Nos analyses théoriques confirment que ces états de surface sont polarisés en spin.Dans la seconde partie de la thèse, Bi est utilisé comme un dopant dans InAs, donnant un alliage d’InAsBi. L’intense couplage spin-orbit apporté par le Bi génère simultanément des effets Rashba et Dresselhaus mesurables, levant par conséquence la dégénérescence des états de surface de manière complètement atypique, donnant des états non-hélicoïdaux polarisés en spin. / In this thesis, we explore bismuth based materials that may exhibit topological properties. Bi is a parent compound of known Topological Insulators which consist of an insulating bulk while also presenting topologically protected conducting electronic surface states. In particular, these surface states are spin polarised and are protected by time-reversal symmetry. The dual appeal of topological insulators stems not only from their obvious interest from a fundamental physics point of view, but also from the fact that they may find use in spintronics and quantum computing.In those systems the spin-orbit coupling plays a central role. Spin-orbit coupling can also lead to the Rashba or Dresselhaus splitting, phenomena arising from the symmetry breaking respectively engendered by the surface/interface of a system or from the inherent atomic crystal structure.The interpretation of measured spin dependent band structure, as observed in (Spin-) and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy, was supported and completed by ab-initio Korringa-Kohn-Rostoker electronic structure calculations which account for all aspects of the investigated systems: in particular spin-orbit coupling, fundamentally included thanks to a fully relativistic approach.We first deposited Bi thin films onto a InAs(111) substrate. A crystal of Bi of very high quality was grown, confirmed by reproduction of the measured electronic bands by theoretical investigation. In parallel to Bi film growth, we observed that In and Bi form InBi crystals, exhibiting topological surface states. Our theoretical analyses confirm that these surface states are spin polarised.In the second part of the thesis, Bi was used as a dopant within InAs, forming an InAsBi alloy system. The strong spin-orbit coupling brought on by Bi generated simultaneously measurable Rashba and Dresselhaus effects, consequently splitting surface states in a completely atypical manner, giving non-helical spin polarised states.

[non communiqué] / For the last three decades, the optical fiber has been a quite systematic response to dimensioning issues in the Internet. Originally restricted to long haul networks, the optical network has gradually descended the network hierarchy to discard the bottlenecks. In the 90's, metropolitan networks became optical. Today, optical fibers are deployed in access networks and reach the users. In a near future, besides wireless access and local area networks, all networks in the network hierarchy may be made of fibers, in order to support current services (HDTV) and the emergence of new applications (3D-TV newly commercialized in USA). The deployment of such greedy applications will initiate an upward upgrade. The first step may be the Metropolitan Area Networks (MANs), not only because of the traffic growth, but also because of the variety of served applications, each with a specific traffic profile. The current optical layer is of mitigated efficiency, dealing with unforeseen events. The lack of reactivity is mainly due to the slow switching devices: any on-line decision of the optical layer is delayed by the configuration of the. devices. When the optical network has been extended in the MANs, a lot of efforts has been deployed to improve the reactivity of the optical layer. The Optical Circuit Switching paradigm (OCS) has been improved but it ultimately relies on off-line configuration of the optical devices. Optical Burst Switching (OBS) can be viewed as a highly flexible evolution of OCS, that operates five order of magnitude faster. Within this 'architecture, the loss-free guaranty can be abandoned in order to improve the reactivity of the optical layer. Indeed, reliability and reactivity appear as antagonists properties and getting closer to either of them mitigates the other. This thesis aims at proposing a solution to achieve reliable transmission over a dynamic optical layer. Focusing on OBS networks, our objective is to solve the contention issue without mitigating the reactivity. After the consideration of contention avoidance mechanisms with routing constraints similar as in OCS networks, we investigate the reactive solutions that intend to solve the contentions. None of the available contention resolution scheme can ensure the 100% efficiency that leads to loss-free transmission. An attractive solution is the recourse to electrical buffering, but it is notoriously disregarded because (1) it may highly impact the delays and (2) loss can occur due to buffer overflows. The efficiency of translucent architectures thus highly depends on the buffer availability, that can be improved by reducing the time spent in the buffers and the contention rate. We show that traffic grooming can highly reduce the emission delay, and consequently the buffer occupancy. In a first architecture, traffic grooming is enabled by a translucent core node architecture, capable to re-aggregate incoming bursts. The re-aggregation is mandatory to "de-groom" the bursts in the core network (i.e., to demultiplex the content of a burst). On the one hand, the re-aggregation highly reduces the loss probability, but on the other hand, it absorbs the benefits of traffic grooming. Finally, dynamic access to re-aggregation for contention resolution, despite the significant reduction of the contention rate, dramatically impacts the end-to-end delay and the memory requirement. We thus propose a second architecture, called CAROBS, that exploits traffic grooming in the optical domain. This framework is fully dynamic and can be used jointly with our translucent architecture that performs re-aggregation. As the (de)grooming operations do not involve re-aggregation, the translucent module can be restricted to contention resolution. As a result, the volume of data submitted to re-aggregation is drastically reduced and loss-free transmission can be reached with the same reactivity, end-to-end delay and memory requirement as a native OBS network

Cette thèse porte sur l'influence de la couche limite convective et nuageuse sur la réactivité chimique en Afrique de l'Ouest. Pour répondre à cette question, des simulations à haute résolution (50m) sont réalisées sur le modèle atmosphérique Méso-NH couplé à un mécanisme chimique détaillé représentant la chimie gazeuse et aqueuse. Cette échelle spatiale permet de représenter explicitement les caractéristiques spatiales et temporelles des structures turbulentes. Les thermiques en couche limite sont identifiés à l'aide d'un échantillonnage conditionnel basé sur l'utilisation d'un traceur passif à décroissance radioactive. L'impact du transport turbulent sur la redistribution d'espèces chimiques dépend du temps de vie chimique de ces espèces. La ségrégation spatiale créée au sein de la couche limite augmente ou réduit les taux de réaction moyens entre composés. La campagne de terrain AMMA, et plus récemment DACCIWA, sont utilisées pour définir des forçages dynamiques et chimiques pour des environnements simulés. Le premier est représentatif d'un environnement biogénique dominé par des émissions naturelles de COV. Le second reproduit un environnement urbain modérément pollué typique du Golfe de Guinée (Cotonou au Bénin). Pour simplifier, l'analyse des simulations est limitée aux réactions chimiques entre OH et l'isoprène dans le cas biogénique, entre les aldéhydes C>2 et OH dans le cas urbain. L'influence de la couche limite convective est étudiée à l'échelle du thermique et du domaine. Cela permet une connexion avec les modèles à résolution plus lâche qui adoptent une hypothèse de mélange parfait et immédiat, négligeant de fait les variabilités spatiales de composés chimiques au sein d'une maille. Les premiers résultats, basés sur la phase gazeuse uniquement, montrent que les nuages en couche limite convective affectent le transport vertical d'espèces chimiques. Les thermiques sont des zones de réactions privilégiées où la réactivité chimique est maximale. La plus grande intensité de ségrégation est calculée au sommet de la couche limite, toutefois de signes opposés entre les deux environnements. En environnement biogénique, le mélange non-homogène de l'isoprène et de OH dans cette zone induit une diminution maximale de 30% du taux de réaction moyen. Dans le cas urbain, la constante de réaction effective entre OH et les aldéhydes est supérieure de 16% à la constante moyenne. La réactivité de OH est supérieure de 15 à 40% dans les thermiques comparé au reste du domaine, dépendant de l'environnement chimique et de l'heure. Comme les thermiques occupent une faible portion du domaine, l'impact des structures turbulentes sur la réactivité totale de OH est une diminution de 9% pour le cas biogénique et une augmentation maximale de 5% dans le cas anthropique. Des simulations LES incluant la réactivité aqueuse révèlent une baisse importante des rapports de mélange de OH associée à la présence de nuages. / This thesis focuses on the influence of the convective and cloudy boundary layer on the chemical reactivity in West Africa. To answer this question, high resolution simulations (50m) are performed on the atmospheric model Meso-NH coupled to a detailed chemical scheme representing the gaseous and aqueous phases. This spatial scale allow to explicitly represent the spatial and temporal characteristics of turbulent structures. Thermals in the boundary layer are identified by a conditional sampling based on a radioactive-decay passive scalar. The turbulent transport influence on the redistribution of chemical species depends on the chemical lifetimes of these species. Spatial segregation is created within the convective boundary layer that increases or decreases the mean reaction rates between compounds. AMMA campaign field study, and more recently DACCIWA, are used to define dynamical and chemical forcing of two simulated environments. The first one is representative of a biogenic environment dominated by natural emissions of VOC. The second reproduces a moderately polluted typical urban area of the Guinean Gulf (Cotonou in Benin). For the sake of simplicity, simulations analysis are limited to the chemical reaction between isoprene and OH in the biogenic case, and the reaction between C>2 aldehydes and OH in the anthropogenic case. The convective boundary layer influence is studied at thermal and domain scale. This makes the connection with coarse resolution models for which a hypothesis of perfect and immediate mixing is made, neglecting the spatial variability of chemical species within a grid cell. The first results are based on the gaseous phase only. Cloudy development in the convective boundary layer only affects the vertical transport of chemical species. The simulations show that thermals are preferential reaction zones where the chemical reactivity is the highest. The top of the boundary layer is the region characterized by the highest calculated segregation intensities but of the opposite sign in both environments. In the biogenic environment, the inhomogeneous mixing of isoprene and OH in this zone leads to a maximum decrease of 30% of the mean reaction rate. In the anthropogenic case, the effective rate constant for OH reacting with aldehydes is 16% higher at maximum than the averaged value. The OH reactivity is higher by 15 to 40% inside thermals compared to the surroundings depending on the chemical environment and time of the day. Because thermals occupy a small fraction of the simulated domain, the impact of turbulent motions on the domain-averaged OH total reactivity reaches a maximum 9% decrease for the biogenic case and a maximum of 5% increase for the anthropogenic case. LES simulations including the aqueous reactivity reveal a significant decrease in OH mixing ratios associated to the presence of clouds. Consequently, isoprene and C>2 aldehydes mixing ratios increase at these altitudes.

L’utilisation de revêtements et de couches minces déposés sur substrats est très recherchée dans de nombreuses applications. Les objectifs de ces revêtements et dépôts sont multiples (améliorer la durabilité des structures, leur résistance à l’usure et à la fatigue, etc.). D'autre part, les matériaux à gradient sont également développés en vue de répondre à de nouvelles exigences fonctionnelles, comme de meilleures tenues en température, en usure, en corrosion. Pour toutes ces applications, la caractérisation de ces revêtements et de ces matériaux à gradients, afin d’en déterminer leurs propriétés (épaisseur, constantes élastiques, adhérence, contraintes résiduelles, …etc), est déterminante pour le contrôle santé des pièces et pour leur fonctionnement optimal au cours de leur utilisation. Pour caractériser ces structures, nous avons choisi d’exploiter la dispersion des ondes de surface sur une large gamme de fréquences (10 à 60 MHz). Afin d’exciter ces ondes, des capteurs MEMS de type IDT-SAW ont été réalisés à différentes fréquences couvrant la totalité de la gamme fréquentielle considérée. L’excitation quasi-harmonique a été privilégiée dans le but d’obtenir des mesures précisesde vitesses de phase. Nous avons montré les potentialités de cette approche en caractérisant premièrement des structures à couche mince allant jusqu’à 500 nm et deuxièmement des structures amorphes à gradient de contraintes. / The use of coatings and thin layers deposited on substrates is highly sought in many applications. The objectives of these coatings and deposits are multiple (improve the durability of structures, their wear resistance and fatigue, etc.). On the other hand, gradient materials are being developed to meet new functional requirements, such as a better resistance to temperature, wear and corrosion. For all of these applications, the characterization of these coatings and gradient materials, in order to determine their properties (thickness, elastic constants, adherence, residual stresses, etc…), is decisive for the health control of pieces and for their optimum operation during their use. To characterize these structures, wechose to exploit the dispersion of surface acoustic waves over a wide frequency range (10 to 60 MHz).To excite these waves, SAW-IDT MEMS sensors have been carried out at different frequencies covering the entire frequency range we considered. The quasi-harmonic excitation was preferred to obtain accurate measures of phase velocities. We showed the potential of this approach by characterizing, first, thin layers structures (500 nm) and second, amorphous structures with a stressesgradient.

Ce travail de thèse porte sur l’étude des mécanismes physico-chimiques mis en jeu lors du polissage mécano-chimique du Zerodur® (vitrocéramique) par un abrasif à base d’oxydes de cérium. Les défauts obtenus à l’issu du polissage ont été caractérisés en microscopie optique et par microscopie à force atomique (AFM). Il en ressort deux principales populations, à savoir des rayures de type « fines » (longitudinales et continues) causées par des débris de matière polie. La seconde est la typologie « rayure éclat » (fractures perpendiculaires au sens de la rayure) causées par des agglomérats d’abrasif. Des analyses en spectroscopie RX de l’abrasif montrent une augmentation du ratio Ce3+/Ce4+ après la phase de polissage, confirmant la part chimique du polissage du Zerodur®. Des analyses de potentiel zêta ont été menées sur ces mêmes abrasifs et montrent une évolution de la charge de surface des particules abrasives. Des observations AFM montrent que plus la part Ce4+ est importante et meilleure est la qualité finale de la surface polie. La surface polie a également été sondée en ToF-SIMS. Il en ressort la présence d’une couche enrichie en cérium de plusieurs dizaines de nanomètres, lieu de la réaction mécano-chimique de polissage. Plus précisément, cette réaction semble avoir lieu dans la phase vitreuse du Zerodur®. / This PhD work focuses on the study of the physicochemical mechanisms involved in the chemical-mechanical polishing of Zerodur® (glass-ceramics) with an abrasive based on cerium oxides. The defects observed after polishing were characterized by optical microscopy and atomic force microscopy (AFM). Two main populations were observed, namely "fine" (longitudinal and continuous stripes) caused by debris of polished material. The second is called "scratch" (perpendicular fractures) caused by abrasive agglomerates. RX spectroscopic analyzes of the abrasive showed an increase in the Ce3+/ Ce4+ ratio after the polishing phase. This point confirms the chemical part of Zerodur® polishing. Zeta potential analyzes were carried out on these same abrasives and show an evolution of the abrasive surface charge. AFM observations show that the higher the Ce4+ concentration, the better the final polished surface quality. The polished surface was also probed with ToF-SIMS analyzes. This shows the presence of a cerium-enriched layer of several tens of nanometers, which may be a site for the chemical-mechanical polishing reaction. More precisely, this reaction seems to take place in the glassy phase of Zerodur®.

Dans ce travail, nous démontrons que la technique de dépôt multicouche dite layer by layer (LbL) est une technique polyvalente où les propriétés des multicouches telles que l'épaisseur, la charge et la densité peuvent être facilement contrôlées par le choix des polyélectrolytes (PE), le nombre d'étapes et les conditions de dépôt (pH, force ionique, etc.). Nous démontrons que des multicouches de PE faible (PAH / PAA) peuvent être utilisées pour fournir une double fonction aux membranes (PEM) en tant que couche de séparation NF et comme revêtement sacrificiel permettant un nettoyage facile de la membrane. Ces membranes à base de PEM montrent des performances de rejet des solutés dans une gamme typique des membranes NF, c'est-à-dire rejetant peu les ions monovalents (NaCl) (<24%), tout en rejetant> 60% de l'ion divalent SO42- et la molécule organique neutre sulfaméthoxazole (SMX). Par un rinçage et un lavage à contre-courant à basse pression avec une solution stimuli appropriée, nous obtenons un nettoyage sacrificiel réussi d'une membrane colmatée, ce qui ramène la résistance d'une membrane colmatée à celle de la membrane vierge. Après un nouveau dépôt sur la membrane avec le même système PEM, la résistance de la membrane est égale à la résistance du PEM d'origine, ce qui démontre la réutilisation de cette approche. Le mécanisme de rejet des membranes étudiées s'est révélé principalement déterminé par l'exclusion stérique mais aussi par l'exclusion de Donnan. Nous avons étudié notre système PEM pour préparer des membranes pour des applications de nanofiltration résistant aux solvants (SRNF). Des membranes de SRNF avec une couche de séparation de PEM ont été préparées sur un support UF de polyacrylonitrile hydrolysé (PAN-H). Les résultats de cette étude montrent une manière simple et polyvalente d'utiliser le pH pendant le revêtement pour régler les performances de la membrane pour une application SRNF spécifique. Afin d'amener l'approche PEM et du nettoyage sacrificiel à leur maturité et de modifier des modules existants, nous avons simplifié la procédure LbL pour des membranes fibres creuses en utilisant un "dépôt dynamique" ou un "dépôt actif" qui consiste à rincer les solutions du PE à travers le canal interne de la membrane fibre creuse. Cette méthode de dépôt avec sa reproductibilité et son homogénéité permet de revêtir les modules de membrane UF existants. / In this work, we demonstrate that layer by layer (LbL) is a versatile technique where control over multilayer properties such as thickness, charge and density, can be easily achieved simply by the choice of polyelectrolytes, number of coating steps and coating conditions (pH, ionic strength etc.). We demonstrate that multilayers of weak PEs (PAH/PAA) can be used to provide a dual function to membranes (PEM) i.e., as NF separation layer and as a sacrificial coating that allows easy membrane cleaning. These PEM based membranes, shows rejection performance of solutes in a range typical for NF membranes i.e., hardly rejecting monovalent ions (NaCl) (<24%), while rejecting > 60% of the divalent ion SO42- and the neutral organic molecule sulfamethoxazole (SMX). By a rinse and a low pressure backwash with a suitable trigger solution, we obtain a successful sacrificial cleaning of a fouled membrane, bringing the resistance of a fouled membrane back to that of the pristine membrane. Recoating the clean membrane support with the same PEM system brings the resistance of the coated membrane equal to the resistance of the original PEM, demonstrating the re-usability of this approach. The rejection mechanism of the investigated membranes was found to be mainly determined by size exclusion, but influenced by Donnan exclusion. We investigated our weak PEM system to prepare membranes for solvent resistant nanofiltration (SRNF) applications. SRNF membranes with PEM separation layer were prepared on a UF hydrolyzed polyacrylonitrile (PAN-H) support by the LbL method. Results of this study show a simple and versatile way of using pH during coating to tune membrane performance for specific SRNF application. To bring PEM coating and sacrificial cleaning approach into maturity and to coat existing modules we present the simplification of the LbL procedure for hollow fibre membranes by employing "dynamic coating" or "active coating" which involves flushing the PE's solutions through the lumen of the hollow fibre membrane. This coating method with its reproducibility and homogeneity has the potential to coat existing UF membrane modules.