La canalisation et la création de canaux de liaison, destinées à faciliter le développement industriel et les échanges commerciaux ont entraîné une forte pollution historique ainsi qu’une artificialisation de milieux naturels, désormais soumis aux objectifs de bon potentiel. La remise en suspension par le trafic fluvial des sédiments pose la question de son impact sur la qualité des eaux et sur l’atteinte des objectifs d’état. L’étude de la qualité chimique des sédiments et de l’eau de trois canaux du Nord de la France, la Deûle, la Sensée (naviguées) et la Scarpe (non naviguée) montre que ceux-ci présentent des concentrations variables en P et en ETM (globalement Deûle ~ Scarpe > Sensée), ces derniers restant globalement bien piégés par les sulfures dans les sédiments. Même si les concentrations en ETM dissous restent relativement faibles par rapport aux concentrations enregistrées dans les sédiments, elles peuvent parfois excéder les normes de qualité environnementales de la DCE. La labilité de ces ETM estimée par les DGT s’avère faible y compris pour Pb qui est cependant accumulé de façon importante par les gammares encagés déployés sur les trois sites. La navigation ne semble jouer qu’un rôle limité sur l’enrichissement de la colonne d’eau en métaux et en phosphore dissous, ainsi que sur l’oxygénation des eaux de surface. Le phytoplancton apparaît avoir une influence plus importante que la navigation sur l’évolution de ces milieux. Finalement, l’impact de la navigation sur la qualité chimique de l’eau reste limité en raison de la géochimie singulière du bassin Artois-Picardie. / Rivers channelization and creation of linking channels to facilitate industrial development and trade have led to a strong historical pollution and artificialization of aquatic environments that are now subjected to good potential status objectives. Sediment resuspension by navigation, its impact on water quality and the achievement of status are the main concern of this thesis. Sediment and water chemical quality of three channels of Northern France have been studied: the Deûle River, the Sensée River (both navigated) and the Scarpe River (not navigated). The rivers have varying concentrations of P and ETM (overall Deûle ~ Scarpe > Sensée), which are generally well trapped with sulfides in sediments. Although the concentrations of dissolved ETM remain relatively low compared to the levels recorded in the sediment, they can sometimes exceed the environmental quality standards of the WFD. Lability of these ETM estimated by DGT is weak, even for Pb which is however significantly accumulated by caged gammarids deployed on the three sites. The navigation seems to play a limited role in the enrichment of the water column in dissolved metals and phosphorus, as well as the oxygenation of surface waters. Phytoplankton appears to have a greater influence on the evolution of these environments. Finally, the impact of navigation on the chemical quality of the water remains limited due to the peculiar geochemistry of the Artois-Picardie basin.

La chimie du solide des composes hybrides organiques inorganiques contenant l’uranium a été récemment enrichie par une multiplication de publications concernant des matériaux bi ou tri dimensionnels. Ce travail porte sur la synthèse hydrothermale de composés des systèmes uranyle-vanadate-amines et uranyle-phosphate-amines. La résolution des structures de ces composés s’est faite par diffraction des rayons X sur monocristal. Leur stabilité thermique a aussi été étudiée. Suivant le pH de la solution, et l’amine utilisée, différentes familles de composés apparaissent. A pH basique, les composés obtenus sont bidimensionnels avec des couches correspondant à celles des phases naturelles, à savoir couches de type carnotite pour les uranyle-vanadates ou de type autunite pour les uranyle-phosphates. A pH acide, des composés à charpente tridimensionnelle sont stabilisés par la présence des amines. Les arrangements résultent de couches uranyle-vanadate ou uranyle-phosphate de type uranophane reliées par des piliers uranyle. Ces arrangements présentent différents rapports U/V ou U/P selon l’isomérie géométrique de la couche uranophane. L’identification de nouveaux isomères géométriques a généré une classification de ces isomères qui permet une comparaison simple et la compréhension de leur formation. Enfin, l’utilisation de l’éthylène diamine dans le système uranyle-phosphate permet la réduction in situ de l’uranium (VI) en uranium (IV) et la formation d’un phosphate d’uranium (IV) où les couches uranium-phosphate alternent avec des couches d’éthylène diamine diprotonnée / Solid state chemistry of hybrid organic-inorganic compounds containing uranium has been enriched recently by a multiplication of papers dealing with two and three dimensional inorganic materials. This work deals with hydrothermal synthesis of compounds in the uranyl-phosphate-amine and uranyl-vanadate-amine systems. Determination of their structure was done by X-ray diffraction on single crystals. Their thermal stability was also studied. According to the pH of the initial solutions, and nature of the amine used, different families of compounds appear. With a basic pH, the obtained compounds are two dimensional with the layers corresponding to those found in naturally occurring phases, such as carnotite type layer for the uranyl-vanadate system and autunite for the uranyl-phosphate system. With an acidic pH, compounds with three dimensional frameworks are stabilized by the presence of the amines. The frameworks result from uranophane type uranyl-vanadate or uranyl-phosphate layers connected by uranyl pillars. They display different U/V or U/P ratios depending on the geometric isomer of the uranophane layer. Identification of new geometric isomers has led to a simple classification of the isomers which helps to their comparison and to the understanding of their formation. Finally, using ethylene diamine in the uranyl-phosphate system reduces in situ uranium (VI) into uranium (IV) and forms a uranium (IV) phosphate in which the uranium-phosphate layers alternate with diprotonated ethylene diamine layers.

L'objet de cette thèse porte sur la compréhension des structures cohérentes d'une couche limite turbulente soumise à un fort gradient de pression adverse, et qui a aussi subie une transition brusque de fort gradient de pression favorable à un gradient de pression adverse. L'installation expérimentale permet d'obtenir des conditions d'écoulement correspondant au décrochage d'une aile. De grands ensembles de champs de vitesse instantanée sont acquis par "Particle Image Velocimetry" dans des plans à la paroi alignés avec l'écoulement à trois positions différentes dans la direction de l'écoulement dans la région de gradient de pression défavorable. Les investigations sur les champs instantanés de vitesse prouvent que la région supérieure de la couche limite est densément peuplée avec des signatures de tourbillons hairpin et des paquets de hairpins qualitativement semblables à ceux rencontrées dans la couche limite turbulente à gradient de pression nul. Puisque les paquets de hairpin voyagent avec la petite dispersion de vitesse, les groupes de hairpin semblent être arrangés de façon cohérente dans la direction de l'écoulement. On constate que les paquets de hairpins se prolongent parfois au-delà d'une longueur de 2[delta] et contiennent 3 à 12 tourbillons. En plus, l'estimation stochastique linéaire et les corrélations spatiales entre l'intensité des tourbillons "pro-grade/prograde" indiquent également que les empreintes sont qualitativement semblables aux paquets de hairpin trouvés dans les champs instantanés. L'angle moyen de croissance des paquets de hairpin dans la direction de l'écoulement est approximativement 11°, ce qui est plus important que dans la couche limite turbulente à gradient de pression nul. Les hairpins individuels sont aussi légèrement plus inclinés par rapport à la paroi et plus rapprochés dans la couche limite turbulente avec gradient de pression adverse. Ces différences de propriétés de hairpin sont consistantes avec les différences de taux de déformations moyens dans les deux écoulements. L'intensité des têtes de hairpin normalisée par l'échelle de temps de Zagarola-Smits a une valeur plus élevée dans le cas à gradient de pression nul par rapport à l'écoulement présent et, dans la moitié inférieure de la couche limite diminue dans la direction de l'écoulement dans ce dernier. Tout proche de la paroi, la population de hairpins diminue dans la direction de l'écoulement, alors qu'elle augmente dans la région supérieure. Ces différentes tendances des populations et d'intensité de hairpin sont compatibles avec celles des tensions de Reynolds et de la production de turbulence. C'est également compatible aux résultats rapportés que des hairpins sont la source majeure de la production de turbulence. Finalement, la taille des tourbillons normalisée par l'épaisseur de la couche limite diminue légèrement dans la direction de l'écoulement. Puisque l'écoulement moyen évolue rapidement, il est donc possible que les structures turbulentes répondent avec un certain retard aux changements de l'écoulement moyen.

Des couches fonctionnelles hybrides organiques/inorganiques ont été générées à une interface solide/liquide à l'aide d'une nouvelle technique de fabrication ascendante (bottomup) dénommée Croissance de Couche à partir d'une Surface (Surface Grown Layers - SgL)grâce à une modulation très fine de l'interaction électrostatique entre nano-objets decharges opposés en fonction de la force ionique de la dispersion aqueuse. Différents nanoparticules/tubes à la fois cationiques et anioniques et très stables vis-à-vis d'un environnement fortement salin ont été développés. La complexation électrostatique entre ces nanomatériaux a été étudiée en solution et près d'une interface au travers du concept de "transition de dessalage". Dans un deuxième temps la croissance de couches hybrides à partird'un substrat a été étudiée en comparant l'approche SgL et la méthode classique d'adsorption séquentielle couche par couche (Layer by layer - LbL). Des expériences préliminaires ont montré le potentiel de cette approche dans le développement de substrats fonctionnels.

Ce travail est consacré à l'étude d'un problème de transmission d'ondes électromagnétiques dans des matériaux fortement conducteurs entourés d'un matériau diélectrique isolant. On analyse finement le phénomène de l'effet de peau à l'aide de l'analyse asymptotique et de la simulation numérique. On calcule un développement asymptotique multi-échelle à haute conductivité des solutions des équations de Maxwell tridimensionnelles en régime harmonique. Pour valider ce développement, on établit des estimations uniformes par sous-domaines des solutions de ces équations pour une conductivité assez élevée. Ces estimations ont motivé une étude préliminaire d'un problème de transmission scalaire pour lequel des estimations a priori sont démontrées grâce à la convergence normale d'un développement asymptotique. L'accord des formules théoriques avec les calculs numériques est remarquable et met en évidence l'influence de la géométrie de l'interface dans le phénomène de l'effet de peau.<br /><br />D'autre part, on étudie le comportement du champ électromagnétique dans une cellule biologique modélisée par un milieu entouré d'une couche mince et plongée dans un milieu ambiant. On calcule des conditions de transmission approchées sur le bord du domaine intérieur équivalentes à la couche mince.

Ce projet s’inscrit dans la contribution à l’élaboration de tenues de protection vis-à-vis d’agents chimiques de guerre : les combinaisons actuelles ont un rôle de barrière, qui stoppent le contaminant sans le dégrader, conduisant à un risque de contamination croisée accru. L’idée novatrice est de recouvrir ces textiles avec une couche intelligente multifonctionnelle et transparent associant un composé actif (TiO2, capable de photo-oxyder les composés toxiques sous irradiation à température ambiante) à un composé passif (nanostructures carbonées, permettant de stocker temporairement les produits de réaction ou le contaminant en cas de manque de lumière ou de pic de contamination). L’étude a commencé sur surfaces modèles afin d’optimiser l’association par assemblages par la méthode Layer-by-Layer (LbL) des différents éléments à savoir, TiO2 à un polymère (PDDA), à du graphène, à du charbon actif ou encore à des nanodiamants. L’efficacité photocatalytique de cette couche sur la dégradation d’un simulant gazeux du gaz moutarde a été testée. Les meilleures revêtements ont ensuite été transférés sur textile et leur efficacité évaluée sur un simulant liquide du gaz Sarin. Des études plus spécifiques ont également été menées pour comprendre l’influence des différents constituants et de l’épaisseur sur l’efficacité photocatalytique du film. Le renforcement de ces textiles fonctionnels contre des contraintes d’abrasion et de lavage a aussi été étudié, ainsi que sa régénération après tests photocatalytiques. / This project is focused on the elaboration of protective suits against Chemical Warfare Agents. Indeed, the suits currently used mainly act as physical barriers, without any degradation of the toxic molecules, thus increasing cross-contamination risks.The original idea is to functionalise textile fibers with a multifunctional, multicomponent and transparent smart layer, combining active components (TiO2, for photo-oxidation of toxic agents under irradiation at room temperature) to passive components (carbon nanostructures, in order to temporary stock the reaction products or the contaminant in case of lack of irradiation or of high contamination level). The study begins on model surfaces, in order to optimise Layer-by-Layer (LbL) association of TiO2 with polymer, graphene, activated carbon, or nanodiamonds. The photocatalytic efficiency of the layer was evaluated towards the degradation of a gaseous mustard gas simulant. The best functionalisations were then transferred to textile and their photocatalytic efficiency were evaluated towards the degradation of a liquid simulant of Sarin gaz. Some detailed results were obtained in order to understand the impact of the different components and of the thickness of the films on the activity. Textiles reinforcement against abrasion and washing were also studied, as well as their regeneration after photocatalytic tests.

La demande accrue de services en temps rel, comme la vidéo streaming, justifie le besoin d'études qui visent à optimiser le délai de transmission de données. En plus du délai de transmission au niveau physique, les délais nécessaires à l'accès à la ressource et à la récupération de données venant des couches basses peuvent avoir un impact important sur les performances et ne doivent pas être négligés. Aussi, des études cross-layer doivent être menées pour minimiser le délai de transmission de l'information. Comprendre l'impact des mécanismes des couches basses sur les performances de bout-en-bout permet un meilleur dimensionnement du réseau, une adaptation du trafic transmis, ou l'introduction de service à faible priorité. Dans cette thèse, nous avons mesuré l'impact des mécanismes des couches liaison et réseau sur les performances de divers protocols de congestion de la couche transport.Dans le contexte des liens 4G par satellite, nous proposons un ensemble d'outils, Trace Manager Tool (TMT) et Cross Layer InFormation Tool (CLIFT), pour simuler de manière réaliste l'ensemble de la couche OSI dans le simulateur de réseau NS-2. Nous avons montré que, pour l'ensemble des variantes de TCP considérées, quand le débit au niveau transport est proche de la capacité de canal, utiliser ARQ au niveau liaison est optimal. Dans le cas où le taux d'erreur au niveau de la couche physique est plus élevé, H-ARQ permet d'obtenir un meilleur débit au niveau transport.Les dernières spécifications concernant l'accès au lien satellite DVB-RCS2 présentent deux méthodes d'accès (aléatoire et dédié) qui peuvent être implémentées pour permettre aux utilisateurs des services proposés par DVB d'aller sur Internet ou de transmettre des données. Nous avons développé un module pour NS-2, Physical Channel Access (PCA), qui modèle l'accès au canal pour chacune de ces méthodes afin de comparer leur impact sur les performances de bout-en-bout. Nous avons mesuré que les méthodes d'accès dédié permettent un débit plus important et les méthodes d'accès aléatoire une transmission rapide des flots courts. Nous avons donc proposé de mixer ces méthodes d'accès, en fonction de l'évolution dynamique de la charge du réseau et de la taille du flot de données transmis.Finalement, nous avons étudié s'il était possible d'exploiter les données de la gateway du satellite pour introduire un trafic à priorité basse. Nous avons montré qu'il était possible avec Low Ewtra Delay Background Transport (LEDBAT) comme protocole de la couche transport d'introduire un trafic en tâche de fond. Cependant, en fonction de la variation de la charge du réseau, paramétrer correctement des paramètres internes à ce protocole sont nécessaires. / Network providers offer services in line with users’ requests, even though the challengesintroduced by their mobility and the download of large content are crucial. Mobile videostreaming applications are delay sensitive and the increasing demand for this service legitimateextensive studies evaluating transmission delays. On top of physical transmissiondelays, accessing a resource or recovering data from lower layers should not be neglected.Indeed, recovery schemes or channel access strategies variously introduce end-to-end delays.This document argues that those cross-layer effects should be explored to minimizethe transmission delays and optimize the use of network resources. Also, understandingthe impacts of low layers protocols on the end-to-end transmission will enable betterdimensioning of the network and adapt the traffic carried on.In the context of satellite 4G links, we measure the impact of link layer retransmissionschemes on the performance of various transport layer protocols. We develop Trace ManagerTool (TMT) and Cross Layer InFormation Tool (CLIFT) to lead realistic cross layersimulations in NS-2. We show that, for all target TCP variants, when the throughput ofthe transport protocol is close to the channel capacity, using the ARQ mechanism is mostbeneficial for TCP performance improvement. In conditions where the physical channelerror rate is high, Hybrid-ARQ results in better performance.In the last specifications for DVB-RCS2, two access schemes (random and dedicated)are presented and can be implemented to manage the way home users access to the satellitelink for Web browsing or data transmission. We developed Physical Channel Access (PCA)that models in NS-2 the behaviour of those link layer level access methods. We measurethat, even though dedicated access methods can transmit more information data, randomaccess methods enable a faster transmission of short flows. Based on these results, wepropose to mix random and dedicated access methods depending on the dynamic load ofthe network and the sequence number of the TCP segments.As a potential exploitation of cross layer information, we explore the feasibility to introducelow priority traffic on long delay path. The rationale is to grab the unused 4G satellitelinks’ capacity to carry non-commercial traffic. We show that this is achievable with LEDBAT.However, depending on the fluctuation of the load, performance improvements couldbe obtained by properly setting the target value.

La technique d'auto-assemblage couche par couche de polyélectrolytes, permettant de construire des films appelés « multicouches », s'est grandement développée au cours des deux dernières décennies. Cette technique permet non seulement de modifier des surfaces de matériaux mais également d'élaborer des membranes auto-supportées. Dans cette thèse, j'ai étudié la croissance de deux systèmes multicouches assemblés dans des conditions extrêmes de pH pour accélérer leur croissance. Les films à base de poly(ethylene imine) et d'acide poly(acrylique) ont été utilisés pour réaliser, d'une part, des membranes possédant une capacité à répondre à l'humidité, et d'autre part, des membranes asymétriques présentant des propriétés anti-bactériennes. Les films à base de poly(L-lysine) et de hyaluronane ont été réalisé par croissance amplifiée par le pH, et l'effet du poids moléculaire du HA sur la croissance et les propriétés interne des films a été étudié. Ces films ont servi de réservoir pour le piégeage de précurseurs métalliques, qui ont ensuite été réduit in situ par irradiation UV, afin de former des nanoparticules. Ainsi, des films nanocomposites contenant des particules d'argent et des particules d'or ont été synthétisés. / Layer-by-layer assembly has witnessed great development during the two last decades and has expanded its application from surface modification to membrane construction. In this thesis, I studied the buildup of layer-by-layer films assembled at extreme pH (i.e. pH-amplified). I first focused on the fabrication of free-standing film made of poly(ethylene imine) and poly(acrylic acid). An application was to use these films as humidity sensors and a second one was to load silver ions in the films to create anti-bacterial membranes. Then, I worked on poly(L-lysine)/hyaluronan films and I investigated the effect of HA molecular weight on film growth and internal properties. Finally, nanocomposites were made via in situ synthesis of metal NPs in (PLL/HA) films: silver NP loaded (PLL/HA) free-standing films were constructed and their mechanical properties were tested; well dispersed gold NPs with sizes ranging from ~2 nm to ~9 nm were synthesized in (PLL/HA) films.

L'adsorption de protéine sur une surface artificielle solide est un phénomène fondamental qui détermine la réponse biologique d'un organisme vivant entrant dans n'importe quel matériel d'implant. Donc, l'adaptation de surfaces pour l'adsorption de protéine contrôlée est au coeur de beaucoup de champs de recherche d'aujourd'hui incluant la science de matériels et la biotechnologie. Dans ce contexte, les matériels sensibles de stimulus qui peuvent changer leurs propriétés comme une réponse à une petite monnaie dans leur environnement physicochimique attirent un grand intérêt comme ils permettent la création de surfaces avec des propriétés commutables pour le contrôle d'adsorption de protéine. Dans cette thèse, nous faisons un rapport sur la conception et l'élaboration de films minces sensibles de stimulus multi et de nanotubes. À cette fin, nous avons employé la couche-par-couche robuste et polyvalente… / Protein adsorption on a solid artificial surface is a fundamental phenomenon that determines the biological response of a living organism entering any implant material. Therefore, tailoring surfaces for controlled protein adsorption is at the heart of many of today's research fields including biotechnology and materials science. In this context, stimuli-responsive materials that are able to change their properties as a response to a small change in their physico-chemical environment are attracting a great interest as they allow the creation of surfaces with switchable properties for the control of protein adsorption. In this thesis, we report on the design and elaboration of multi stimuli-responsive thin films and nanotubes. For this purpose, we employed the robust and versatile layer-by-layer (LbL) assembly technique to incorporate block copolymers made of poly(acrylic acid) PAA and poly(N-isopropylacrylamide) PNIPAM with tunable and well-controlled block lengths. The combination of ellipsometry, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), surface plasmon resonance (SPR) and infrared data reveal the possibility to build up (PAH/PAA-b-PNIPAM)n multilayers. The stimuli-responsive properties of these LbL films were examined by monitoring the adsorption of proteins by means of QCM-D and fluorescence measurements, while varying (i) temperature, (ii) pH, (iii) ionic strength, or (iv) a combination of the above parameters. It appears that all these stimuli strongly influence the amount of adsorbed proteins. In short, these new PNIPAM block copolymer-based LbL coatings are easy to build on substrates of various nature and geometry (including nanoporous membranes).

La modélisation par simulation des grandes échelles (Large-Eddy Simulation - LES) des processus physiques régissant la couche limite atmosphérique (CLA) demeure complexe de part la difficulté des modèles à capter l'évolution de la turbulence entre différentes conditions de stratification. De ce fait, l'étude LES du cycle diurne complet de la CLA comprenant des situations convectives la journée et des conditions stables la nuit est très peu documenté. La simulation de la couche limite stable où la turbulence est faible, intermittente et qui est caractérisée par des structures turbulentes de petite taille est tout particulièrement compliquée. En conséquence, la capacité de la LES à bien reproduire les conditions météorologiques de la CLA, notamment en situation stable, est étudiée à l'aide du code de mécanique des fluides développé par EDF R&D, Code_Saturne. Dans une première étude, le modèle LES est validé sur un cas de couche limite convective quasi stationnaire sur terrain homogène. L'influence des modèles sous-maille de Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-Lilly et WALE (Wall-Adapting Local Eddy-viscosity) ainsi que la sensibilité aux méthodes de paramétrisation sur les champs moyens, les flux et les variances est discutées. Dans une seconde étude le cycle diurne complet de la CLA pendant la campagne de mesure Wangara est modélisé. L'écart aux mesures étant faible le jour, ce travail se concentre sur les difficultés rencontrées la nuit à bien modéliser la couche limite stable. L'impact de différents modèles sous-maille ainsi que la sensibilité au coefficient de Smagorinsky ont été analysés. Par l'intermédiaire d'un couplage radiatif réalisé en LES, les répercussions du rayonnement infrarouge et solaire sur le jet de basse couche nocturne et le gradient thermique près de la surface sont exposées. De plus l'adaptation de la résolution du domaine à l'intensité de la turbulence et la forte stabilité atmosphérique durant l'expérience Wangara sont commentées. Enfin un examen des oscillations numériques inhérentes à Code_Saturne est réalisé afin d'en limiter les effets