Cette thèse présente les résultats d'études théoriques et numériques des excitations collectives de systèmes de carbone de dimensionnalité différente. D'abord, une méthode combinant la théorie du milieu effectif et des calculs ab-initio a été développée pour décrire les excitations collectives de nanostructures (comme les nanotubes de carbone) à partir de la polarisabilité de leurs blocs élémentaires (graphène). Contrairement à la théorie diélectrique standard, les équations de Maxwell sont résolues pour la fonction diélectrique microscopique dépendant du temps et du moment ε(q,q',ω) du matériau massif. Cette dernière a été calculée à partir des premiers principes dans l'approximation de la phase aléatoire (RPA). Cette méthode a ensuite été appliquée pour calculer les spectres de perte d'énergie d'électrons (EELS) pour le graphène et les nanotubes de carbone monoparoi (SWCNT). L'accord avec les calculs complètement ab-initio sur ces systèmes et avec les expériences correspondantes est très bon. La dispersion du plasmon π dans le graphène et les SWCNT a été analysée et expliquée. La dépendance avec la direction du moment des spectres de perte d'énergie d'électrons des SWCNT est comprise en termes d'excitations des modes normaux. Finalement, l'utilisation des calculs ab-initio en vue de prédire le EELS résolu spatialement a été étudiée. Le facteur de forme mixte dynamique a été analysé et une discontinuité de son comportement pour certaines réflections de Bragg a été prédite. Cet effet a été expliqué par les effets de champ cristallin et a été confirmé par des expériences de IXS sur le graphite et le silicium. L'approche blocs élémentaires a été appliquée au EELS résolu spatialement.

La thèse a permis de formaliser des méthodologies pour identifier et quantifier des économies d'énergie dans le domaine de la climatisation à eau glacée. Une démarche est proposée pour permettre d'établir un référentiel d'options d'amélioration. Cette démarche repose sur l'analyse des facteurs d'inefficacité du système pendant une partie de son cycle de vie (conception, installation, exploitation et maintenance). Par ailleurs, l'analyse des méthodes d'identification montre que celles-ci doivent être utilisées d'une façon complémentaire pour obtenir des résultats de qualité. L'analyse des méthodes d'évaluation montre qu'elles peuvent être utilisées pour le développement structurel d'un service énergétique. Une analyse plus approfondie, en fonction des coûts humains et techniques et de la disponibilité des informations, permet de proposer une sélection de modèles. Ces modèles permettent d'élaborer des outils d'évaluation pour chacune des étapes du travail d'un inspecteur ou d'un auditeur. Les méthodologies et les modèles sont utilisés pour permettre l'identification des économies d'énergie relatives à l'amélioration de l'exploitation du réseau d'eau glacée. Certaines de ces options peuvent modifier les conditions d'ambiance intérieure, le confort devant alors être vérifié. Des procédures d'identification d'économies d'énergie sont ensuite proposées. Enfin, une analyse du mécanisme d'inspection réglementaire est effectuée. Les méthodologies sont utilisées pour augmenter la portée des conseils. L'évaluation quantitative proposée, rapide et peu coûteuse, prend en compte les spécificités du bâtiment et du système inspecté.

Ce travail met la lumière sur les performances d'une technique d'isolation de l'enveloppe du bâtiment par produits minces réfléchissants (PMR). Cette technique regroupe la performance isolante d'un matériau ainsi que celle d'une lame d'air fermée à la réduction des transferts radiatifs en utilisant une barrière à faible émissivité thermique. Le marché de ces produits s'est développé rapidement alors qu'ils ne sont pas certifiés et qu'il existe une controverse sur les performances effectives qu'ils peuvent atteindre une fois intégrés dans le bâtiment. L'objectif principal a donc été de réaliser une caractérisation complète de ces produits intégrés dans les parois verticales du bâtiment et les combles, par modélisation et par étude expérimentale, pour obtenir une meilleure connaissance des phénomènes physiques induits par ce type de produits d'isolation. Un modèle thermique de paroi complexe intégrant un PMR a été réalisé. Une étude numérique préliminaire a permis de caractériser l'échange convectif à l'intérieur des lames d'air non ventilées. Les résultats de performances thermiques ont été validés par une étude expérimentale basée sur le principe de la boîte chaude. Un modèle de rampant de toiture intégrant un PMR a été également réalisé. Pour la période estivale, la lame d'air ventilée conçue entre les tuiles et le produit réfléchissant a été étudiée par une modélisation numérique et des mesures par PIV. Le facteur de transmission solaire du complexe de rampant a été déterminé en variant plusieurs paramètres. Pour la période hivernale, les performances thermiques ont été calculées en prenant en compte l'effet du vent et la perméabilité des tuiles sur la lame d'air ventilée. Les résultats ont montré que ces produits, utilisés comme isolation unique, ne répondent pas aux exigences règlementaires. Installés en complément, ils ont l'avantage d'augmenter le confort d'été au niveau des combles aménagés en période ensoleillée.

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre de l'utilisation de matériaux piézoélectriques pour la réalisation de composants passifs dans des applications de conversion d'énergie électrique. Le travail débute avec l'étude et le dimensionnement de deux convertisseurs d 'une puissance de 10 watt intégrant un transformateur piézoélectrique, l'un pour des applications d'alimentation stabilisée de 15 V (convertisseur DC/DC) et l'autre servant a l'alimentation de lampes fluorescentes a cathode froide utilisées pour le retro-éclairage d'écrans TFT de 32 pouces. L'idée étant que le transformateur piézoélectrique présente, dans ces applications, un certain nombre d'avantages compare au transformateur électromagnétique, comme une plus grande compacité et une meilleure compatibilité électromagnétique. L'originalité du travail repose sur la méthode de dimensionnement du transformateur qui n'est plus base sur Le principe de charge optimale mais qui introduit la notion de courant mécanique ou de vitesse maximale de vibration. Cette technique permet également de prédire l'élévation de température ainsi que les pertes du transformateur. On s'intéresse ensuite a l'optimisation et a la gestion de l'énergie au sein du transformateur piézoélectrique. La commutation introduisant des non-linéarités dans son fonctionnement, Le concept de cycle de travail a été introduit permettant une étude et des comparaisons des différentes architectures de conversion. Cela a permis la mise au point d'un nouveau redresseur contr6le par la vitesse de vibration. Ce redresseur actif a été transpose avec succès dans des applications d'amortissement de structure ou encore de récupération d'énergie de vibration.

Ce travail étudie l'alimentation en énergie de systèmes électroniques communicants. Le but est de les rendre autonomes en récupérant de l'énergie provenant du milieu extérieur. En particulier, nous nous sommes attachés à explorer la piste des variations temporelles de température. Ces variations doivent être lentes (quelques degrés sur plusieurs heures) ce qui exclue bon nombre de solutions « classiques ». Pour répondre à cette problématique, nous avons développé une nouvelle approche, couplant des matériaux magnétiques et piézoélectriques. Cette hybridation permet de s'affranchir de la dépendance temporelle et de générer des pics d'énergie de plusieurs dizaines de μW lors du dépassement de certains seuils de température. Pour terminer, nous nous sommes enfin intéressés à la modélisation globale de ce phénomène sous Simulink.

La Thèse s'articule en deux parties distinctes, autour de l'exploitation des caractéristiques exceptionnelles d'une ligne de lumière d'absorption X en géomètrie dispersive dans un synchrotron de troisième génération. La première partie décrit la possibilité d'effectuer des études de spectroscopie d'absorption X résolues en temps avec une résolution temporelle de l'ordre de la microseconde. L'étude de la structure de l'état exité du composé Pt2 (P2 O5 H2)4^4− a été choisi pour mettre au point cette technique. Dans la deuxième partie, l'adéquation entre les possibilités offertes par une ligne d'absorption X en dispersion d'énergie et les expériences à très hautes pressions obtenues dans les cellules à enclumes de diamants est mise en évidence. Outre les développements instrumentaux, cette dernière technique est illustré par une étude combiné par diffraction et par absorption des rayon X du composé InAs sous pression.

La récupération d'énergie vise à réaliser des dispositifs électromécaniques de taille centimétrique permettant d'alimenter des systèmes électroniques en puisant de manière opportuniste l'énergie du milieu environnant. Parmi les différentes sources disponibles (solaire,thermique etc.) les vibrations ambiantes sont susceptibles de fournir assez de puissance pour alimenter des microsystèmes autonomes tels que des noeuds de réseaux de capteurs communicants. L'enjeu consiste à concevoir des microgénérateurs effectuant la conversion de cette énergie mécanique ambiante en énergie électrique exploitable de manière optimale.Ces travaux de thèse proposent dans un premier temps un critère d'étude et de comparaison des performances des générateurs de types piézoélectriques ou électromagnétiques, à partir d'un modèle normalisé unifié. Dans un second temps, un circuit non linéaire d'extraction de l'énergie est étudié pour les générateurs électromagnétiques, et ses performances sont discutées en comparaison avec un circuit classique d'extraction de l'énergie. A partir de ces résultats, une nouvelle structure de générateur électromagnétique est conçue, optimisée puis validée expérimentalement.

Pour répondre aux enjeux énergétiques et climatiques, une des échelles d'action pertinentes est désormais celle du quartier ou de la ville. Des besoins de connaissance, d'outils d'aide à la décision et d'évaluation à cette échelle se manifestent de plus en plus. Un des volets concerne la modélisation de la demande d'énergie des bâtiments résidentiels, préalable à la mise en place d'actions de rénovation de l'existant ou à la valorisation de sources d'énergie locales. La diversité de situations de terrains, d'objectifs d'acteurs et de contextes de disponibilité de données incitent à rechercher des modèles flexibles, aptes à produire de l'information pour différentes applications, à partir de jeux alternatifs de données d'entrée, combinant des modèles de natures diverses (notamment physiques et statistiques) selon les besoins. Dans cet esprit, le présent travail cherche à explorer le potentiel de méthodes dites ascendantes, s'appuyant sur des modèles développés à l'origine pour la simulation à l'échelle d'un bâtiment isolé, mais extrapolés ici pour le parc de bâtiments d'une zone urbaine sur la base de bâtiments types. Les deux questions clés abordées sont celles de la sélection des bâtiments types et de la reconstitution des données d'entrée pertinentes sur le plan statistique pour la zone étudiée. Des techniques d'analyse de sensibilité, en particulier la méthode des effets élémentaires de Morris, ont été appliquées à un code de calcul thermique de bâtiment (ESP-r). Elles ont mis en évidence une réponse non linéaire du modèle, notamment du fait des interactions entre paramètres et de la dispersion des paramètres d'entrée. Elles ont permis d'identifier les paramètres les plus sensibles et les plus en interaction (concernant les bâtiments eux-mêmes, leur environnement ou leurs habitants), sur lesquels doit être concentré le travail de collecte ou de reconstitution statistique. Un modèle, dénommé MEDUS, de reconstitution de la distribution des besoins de chaleur sur un quartier à partir de trois typologies de bâtiments, a été développé et testé sur le secteur St-Félix à Nantes. Il est alimenté par des données INSEE à l'échelle d'un IRIS. Ses résultats sont analysés, à la fois sous l'angle de la pertinence des typologies choisies et dans une perspective d'application à l'échelle du quartier.

En raison des forts gradients de dose générés par les interactions des particules avec la matière, les traitements par hadronthérapie nécessitent un contrôle très précis de la dose délivrée au patient. Les codes Monte Carlo représentent des outils indispensables dans la validation des systèmes de planification de traitement utilisé en clinique. Nous nous intéressons dans cette thèse au calcul de la dose physique à l'aide des simulations Monte Carlo Geant4/Gate. Nous étudions l'ajustement de plusieurs paramètres qui peuvent influencer la précision du calcul de dose requise en clinique (2%, 2mm) pour un faisceau d'ions carbone de 300 MeV/u dans l'eau. Ces paramètres sont : le seuil de production des particules secondaires et la taille maximale d'un segment de la trace de particule. Les critères de tolérance sur la valeur et la localisation de la dose sont fixés de manière à avoir le meilleur compromis en termes de distribution spatiale et de temps de calcul. Nous proposons ici des paramètres permettant d'atteindre ces critères de précision. Dans la deuxième partie du travail, nous étudions la réponse des films radiochromiques MDv2-55 pour le contrôle qualité des faisceaux d'ions carbone et protons. Nous avons en particulier observé et étudié l'effet de saturation de ces films dosimétriques pour les irradiations à TEL élevés (≥ 20 KeV/µm) dans des milieux homogènes et hétérogènes. Cet effet est dû à la forte densité d'ionisation autour de la trace de particule. Nous avons proposé et développé un modèle appelé " RADIS RAdiochromic films Dosimetry for Ions using Simulations " qui permet de prédire la réponse de ces films avec la prise en compte de cet effet de saturation. Ce modèle est basé sur la réponse des films en photons et la saturation des films à des dépôts d'énergies linéïques élevés calculée par Monte Carlo. Plusieurs types de faisceaux ont été étudiés : ions carbone, protons et photons à différentes énergies. Ces expérimentations ont été menées au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL), au Centre de protonthérapie d'Orsay (CPO), au Centre A. Lacassagne (CAL) et au Centre Léon Bérard (CLB). A l'aide du modèle, nous pouvons ainsi reproduire la densité optique des films le long du profil de Bragg pour tous les faisceaux avec une précision meilleure que 2%.

Cet ouvrage présente une analyse d'un système de demande dans le domaine énergétique. Il concerne le marché résidentiel québécois. Le but est de déterminer les facteurs importants qui causent des perturbations dans la demande énergétique. L'Enquête des dépenses des ménages de Statistique Canada servira de source de données afin d'analyser les comportements de ceux-ci. Ce système de demande permettra de comprendre les réactions des ménages à ces perturbations du marché. De plus, il servira à mesurer le niveau de sensibilité des ménages aux prix d'électricité et des autres combustibles. Un modèle économétrique de la forme AIDS sera utilisé pour arriver à trouver ces variables déterminantes pour bien expliquer la demande énergétique. L'explication de ce modèle sera présentée pour bien démontrer le respect de la théorie économique. La résolution de ce système permet d'établir une liste de variables importantes ayant un impact dans la demande des ménages. Notre étude permet également d'expliquer de façon précise les réactions des ménages à des fluctuations de prix du marché. Nos résultats démontrent que la sensibilité des ménages aux prix d'électricité n'est pas inexistante et n'est pas similaire pour tous les ménages. Ce résultat est expliqué en fonction des différentes carctéristiques des ménages. Certaines carctéristiques des ménages influencent plus que d'autres le niveau de sensibilité aux prix d'électricité. Le degré d'importance des différentes caractéristiques est établi afin d'expliquer les résultats obtenus. Finalement, notre étude permet de faire des suggestions aux différentes institutions impliquées dans ce marché. Ces conseils poursuivent comme but l'amélioration de leurs objectifs personnels.