Les édifices multi-porphyriniques retiennent de plus en plus l'attention des chercheurs et leur compréhension n'a cessé de croître ces dernières années en raison de leur vaste domaine d'application, que ce soit pour l'élaboration de complexes collecteurs d'énergie lumineuse, pour la construction de fils moléculaires photoniques ou électroniques ainsi que pour la formation de complexes supramoléculaires originaux.<br />Dans l'optique de synthétiser des pinces bis-porphyriniques capables de former des complexes supramoléculaires stables avec des bases bidentates de tailles variées, nous avons synthétisé plusieurs architectures moléculaires de type bis- et tris-porphyrines dans lesquelles les chromophores sont liés entre eux par des espaceurs nucléosidiques flexibles dérivés de l'uridine. Nous avons donc fait varier les positions d'ancrage des deux porphyrines sur l'uridine en accrochant soit les deux porphyrines en des positions différentes du sucre, soit en greffant un chromophore sur le ribose et l'autre sur l'uracile. <br />La caractérisation par spectroscopie UV-visible de l'ensemble des architectures moléculaires nous a permis d'observer l'existence d'interactions électroniques entre les différents chromophores au sein de ces composés. Pour deux des trois dimères ainsi que pour les trimères, l'espaceur nucléosidique bloque la conformation de ces molécules sous la forme de pinces comportant une cavité pré-organisée. Ainsi, la complexation de bases bidentates de tailles variées a été suivie par spectroscopie UV-visible, et des constantes d'association supérieures de 1,5 à 2 ordres de grandeur par rapport à la complexation des mêmes bases par une mono-porphyrine ont été trouvées. La pré-organisation des cavités bis-porphyriniques augmente donc la stabilité des complexes supramoléculaires de type hôte/récepteurs formés. En outre, l'ajustement de la cavité à la taille de l'hôte complexé a pu être démontré. Un piégeage efficace de la luminescence de la porphyrine de Zn(II) a également été observé au sein des deux dimères porteurs à la fois d'une porphyrine de Zn(II) et d'une porphyrine base-libre, et attribué à un transfert d'énergie ayant lieu vers la porphyrine base-libre.<br />Enfin, ces espaceurs nucléosidiques offrent la possibilité d'établir des liaisons hydrogène avec un synthon complémentaire de l'uracile fonctionnalisé par une porphyrine ou deux, et ainsi d'augmenter le nombre de chromophores collecteurs de photons.

Les antennes collectrices d'énergie lumineuse du système photosynthétique sont constituées d'un grand nombre de pigments collecteurs de photons. L'extraordinaire efficacité de migration d'un état excité le long de ces pigments est attribuée à leur orientation parallèle et à leur positionnement favorable au sein des complexes collecteurs. Cet arrangement, contrôlé par des interactions faibles entre pigments et polypeptides, prend la forme de 3 anneaux qui constituent les antennes collectrices d'énergie lumineuse. <br />Dans le but d'organiser des porphyrines dans l'espace de façon similaire au système naturel, un squelette oligonucléotidique a été choisi pour l'élaboration de nanosystèmes multi-porphyriniques. C'est dans cette optique que nous avons réalisé la synthèse d'oligodeoxynucléotides fonctionnalisés par des porphyrines. La préparation de ces systèmes est fondée sur l'oligomérisation en O-3'et O-5' d'un dérivé de la 2'-deoxyuridine fonctionnalisé par une porphyrine. L'architecture de ces systèmes a été dessinée sur la base de liaisons rigides et souples. Dans le but d'imposer par la conformation de la chaîne oligonucléotidique une organisation parallèle aux porphyrines, ces dernières sont greffées en C-5 de l'uracile par un espaceur rigide et les uridines reliées entre elles par une liaison souple. Un mono-, un di-, un tetra- et un octa-deoxynucléotides à porphyrines pendantes ont notamment été synthétisés. <br />Un agencement approprié des porphyrines base-libre et métallées au Zn(II) au sein du fil moléculaire oligonucléotidique a permis de mettre en évidence un transfert d'énergie de l'état excité de la porphyrine de Zn(II) vers les porphyrines base-libre. On observe une nette contribution de la porphyrine de Zn(II) à l'émission des porphyrines base-libre. <br />La série des oligonucléotides a été métallée au Zn(II) dans le but d'examiner l'effet du degré d'oligomérisation de ces architectures moléculaires sur leur capacité de complexation de bases bidendates telle que le DABCO. Nous avons pu montrer que la coordination de DABCO est favorisée au fur et à mesure de l'élévation du degré d'oligomérisation grâce à la pré-organisation conformationnelle qui s'instaure au sein du squelette oligonucléotidique.<br />Enfin, nous nous sommes intéressés à l'auto-assemblage par liaisons hydrogène que peut établir la base nucléique uracile avec un synton complémentaire telle que la triazine fonctionnalisée par des porphyrines. Des études quantitatives de stabilisation des architectures supramoléculaires ont mis en évidence des interactions intermoléculaires secondaires de type p-p entre les porphyrines au sein du complexe supramoléculaire formé.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Face à la demande grandissante en électricité, les gestionnaires de réseaux électriques doivent implanter de nouvelles lignes aériennes de transport d'énergie électrique en périphérie des grands centres de distribution. Ces endroits très peuplés imposent de nombreuses contraintes au niveau de la conception de ces lignes. En plus d'être robustes et fiables, elles ont l'obligation d'être compactes. Ces facteurs justifient l'utilisation de pylônes tubulaires. Dans la pratique courante, la méthode abordée dans l'annexe VI de l'ASCE/SEI 48-11 est utilisée pour dimensionner la connexion au pied d'un pylône tubulaire. Cette connexion est généralement composée d'une platine soudée à la base du fût et d'ancrages. Basée sur l'expérience des fabricants de pylônes tubulaires, cette méthode donne les directives générales pour l'analyse et la conception de cette connexion. Elle permet notamment de calculer les charges axiales dans chaque ancrage pour ensuite effectuer un dimensionnement en flexion de la platine à l'aide d'équations analytiques et empiriques. Or, ces équations sont fondées sur des hypothèses qui simplifient la géométrie et le comportement de la connexion à la base d'un pylône tubulaire. Plusieurs auteurs ont recours à des analyses numériques basées sur les éléments finis pour étudier en détail la distribution des contraintes mécaniques à l'intérieur d'une structure. Dès lors, la réalisation de ce type d'analyse sur cette connexion mènerait à une meilleure compréhension de la répartition des efforts à l'intérieur de celle-ci et permettrait de justifier ou d'optimiser la méthode proposée par l'ASCE/SEI 48-11. Afin de bien comprendre le comportement de la platine, ce projet de recherche effectue l'analyse avancée de la connexion au pied d'un pylône tubulaire à 12 côtés en alliant essais expérimentaux et calculs numériques. Pour ce faire, des modèles numériques des connexions étudiées dans ce projet sont réalisés à l'aide du logiciel par éléments finis Code_Aster. Ces modèles prennent en considération le serrage des ancrages, le contact entre ces derniers et la plaque d'appui de même que les non-linéarités liées aux matériaux et à la géométrie. Des essais expérimentaux sur des spécimens à échelle réduite ont été réalisés dans le but de valider ces modèles. Les résultats de cette étude permettent aux concepteurs de mieux comprendre, entre autres, l'influence d'une configuration d'ancrages irrégulière sur la répartition des charges axiales dans les ancrages de même que l'effet des non-linéarités, liées aux matériaux et à la géométrie, sur chaque composante de la connexion à la base d'un pylône tubulaire. De plus, l'étude conclut que l'épaisseur de la platine obtenue en utilisant la méthode suggérée par l'ASCE/SEI 48-11 est conservatrice et que cette épaisseur peut être optimisée en utilisant une autre méthode de conception basée sur deux angles de 45°.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Aujourd’hui, avec l’envolée mondiale du prix du pétrole, la question énergétique est devenue un sujet d’importance et la possibilité d’exploiter l’énergie ambiante connaitun regain d’attention. Ainsi dans cette thèse, nous nous intéressons aux dispositifs de récupération d’énergie piézoélectrique de vibration dont l’objectif final est de réaliser un réseau de capteurs sans fil (WSN) autonome de faible consommation d’énergie. L’idée est dans un premier temps de prolonger la durée de vie de la batterie, puis dans un second temps de rendrele capteur totalement autonome d’un point de vu énergétique. Les dispositifs actuels étant basés sur la vibration d’une poutre (résonateur mécanique), ils ne sont efficaces qu’à la résonance, avec une faible bande-passante. Ainsi dans ce travail, nous avons tout d’abord proposé une technique de décalage de la fréquence de résonance à l’aide de capacités commutées, cette techniqueréalise un ajustement de la fréquence de résonance en fonction de la fréquence de la source d’excitation et ainsipermetune augmentation de la puissance de sortie. Cette technique a été implémentée avec succès sur un module de capteur WSN avec transmissiond’un signal RF. Toujours dans l’objectif d’agrandir la bande-passante, un résonateur hybride (piézoélectrique/magnétique) bistable associé à une interface électrique (SSHI) a été proposé.Cenouveau et intéressant concept de combiner le résonateur hybride avec une interface à commutation de la tension piézoélectrique a montré, à l’aide de résultats expérimentaux et de simulation,que la puissance est augmentée sur une large bande passante.De plus, afin de rendre le système totalement autonome et de commander les interrupteurs de l’interface électriqueaux instants optimaux, une technique de détection du passage par zéro de la vitesse de vibration a été proposée. Les résultats montrent de bonnes performancesde cette méthode sur toutes lesinterfaces et résonateurs.Contrairement à la méthode classique de détection de la tension crête, la détection du passage par zéro de la vitesse est plus précise. La récupération d’énergie piézoélectrique engendrant un amortissement de la source vibrante, il est possible d’utiliser les mêmes interfaces électriques pour réaliser l’amortissement semi-passif de vibrations de structures mécaniques. Il s’agit d’extraire le maximum d’énergie de la structure en vibration à l’aide de l’élément piézoélectrique. Ainsi, afin de rendre les interfaces électriques pour l’amortissement (SSHD) totalement autonomes, nous avons proposé d’associer la récupération d’énergie piézoélectrique à l’amortissement de structure. L’avantage majeur est qu’il est seulement nécessaire de sacrifier légèrementles performances de l’amortissement pour rendre le système totalement autonome. Les performances ainsi que les limites de cette technique ont été analysées. / Nowadays with the world oil price soaring, the energy issue is becoming a significant topic and the possibility of harvesting ambient energy receiving much attention. In this dissertation, the main topic surrounds improving the piezoelectric energy harvesting device in several aspects and the final objective is to integrate it with low power consumption device, for example a wireless sensor network (WSN) node to extend the battery lifetime and further supply the energy to device directly. Based on the high mechanical quality factor of the structure, the output power of the piezoelectric energy harvesting device will decrease rapidly when the exciting frequency is out of the resonant frequency range. The tunable resonant frequency technique is proposed to broaden the resonant frequency range and increase the output power effectively. Then this technique is successfully combined with a WSN module to transmit the RF signal. To broaden resonant frequency another method is proposed, based on a bistable vibrating cantilever beam and a switching-type interface circuit (SSHI). It's a new and interesting concept to combine these two techniques. The magnets are used to make mechanical behavior non-linear and increase the output power at non-resonance. The SSHI technique through zero-velocity detection can work well when system is driven in non-linear system. The experimental and simulation results through work-cycles discussion show good performance of combining these two techniques. In the interface circuit design, synchronized switching harvesting on an inductor (SSHI) have been verified a successful technique to increase output power in low-coupling system. In order to make use of the SSHI technique in the real application, the velocity control self-powered SSHI (V-SSHI) system is proposed. Unlike the conventional peak detector technique, the zero-velocity detection is used to make the switching time more accurate. The energy flow is separated into three paths to construct the V-SSHI and the experimental results show good performance. When the system is not low-coupled, the SSHI technique will damp vibration.This technique is called SSDI (synchronized switching damping on an inductor). Based on the self-powered technique and zero-velocity detection used in the V-SSHI, these techniques are further applied in structural damping to construct a self-powered SSDI (SP-SSDI). The major advantage is that it is only necessary to sacrifice a small amount of damping performance to make the system fully self-powered. The theoretical analysis and experiment results of time domain comparison and frequency response testing show the limit and performance of the SP-SSDI technique. The SP-SSDI system is a like a feedback loop system and when the displacement is over the limit the SP-SSDI will effectively damp the vibration.

Parmi les principaux verrous à lever pour la mise en place de l’IoT, l’un des plus difficiles concerne l’autonomie des objets. Il est en effet difficilement concevable, vu le grand nombre de composants déployés, d’intervenir sur chacun pour remplacer, ou recharger, leur batterie. Dans ce contexte ma thèse a pour objectif de proposer des solutions éco-énergétique afin de rendre tout ou partie autonome des objets communicants, type capteur. Une des solutions est de développer des récupérateurs d’énergie radiofréquences fonctionnant aux fréquences dans la bande ISM, 900 MHz et/ou 2,4 GHz. Grâce aux modules de récupération d’énergie le capteur pourra fonctionner sur une période théoriquement illimitée, grâce à un module de stockage d’énergie embarqué rechargeable. En pratique, la fiabilité de l’élément de stockage définira le temps de vie du capteur, estimé à une vingtaine d’années avec les cellules de stockage rechargeables actuelles. Les solutions existantes dans le commerce sont presque exclusivement développées sur substrat époxy (ou dérivé). Cette solution est généralement robuste et performante. En revanche la rigidité mécanique du substrat réduit l’intégration des nœuds dans notre environnement, elle devient rédhibitoire dans le cas des réseaux corporels. Afin de permettre au capteur autonome de s’intégrer plus facilement, et d’adresser notamment des applications de type biomédicales, celui-ci sera développé sur substrat souple. Cet objectif pose certains défis quant à la maitrise des procédés de fabrication et de report des composants pour les performances des parties radiofréquences / Electronics has undergone an unquestionable evolution in recent years. The progress made gives more efficient circuits and smaller, but especially more and more energy efficient. This evolution, combined with advances in the digital and IT domain, has enabled the expansion of Internet of Things (IoT) applications based on the massive deployment of autonomous wireless communicating sensors. The first generations of sensor could only work during the time of discharge of their battery. One of the proposed ways to extend the autonomy of objects is to use the ambient energy. Several technologies have been developed to optimize the energy harvesting depending on the environment of the sensor. The work of this thesis allows developing RF energy harvesters in three steps. The first part studies antennas structures compatible with the energy harvesting. Each antenna is optimized to either recover more energy or better integrate into the environment. The second step focuses on the RF / DC conversion circuit. The study of different circuits architectures, diodes and number of stages potentially relevant for our application, allowed realising circuits able to work with our antennas. Each circuit was then optimized to increase its conversion efficiency and its sensitivity. The final step was to assemble an antenna with a rectifier to characterize the complete harvester according two different scenarios: opportunistic energy harvesting and energy transfer conditions.