Des matériaux composites à matrice de titane renforcée par des fibres continues de carbone ont été élaborés par un procédé basé sur la métallurgie des poudres et dont certaines facettes sont proches de techniques utilisées pour les céramiques et pour les matériaux composites à matrice polymère. La mise en oeuvre de ce procédé a été confrontée à diverses difficultés que des études partielles ont permis de surmonter : la préparation de poudres de titane particulièrement fines, le couplage entre ces poudres et les mèches de fibres de carbone, le déliantage, la consolidation et la densification de la matrice de titane sous pression et à haute température. Bien que la faisabilité du procédé ait été démontrée, l'utilisation de poudres de titane insuffisamment fines ne permet pas d'incorporer des fractions volumiques de fibres de plus d'une dizaine de pour-cent, ce qui limite considérablement l'effet de renforcement évalué par des essais de traction. En revanche, l'incorporation dans les mèches de poudres d'hydrure de titane ne dépassant pas quelques microns a permis d'atteindre des fractions volumiques de plus de 30%.

L'objectif de ce travail est de contribuer à l'amélioration des mécanismes d'imprégnation d'un renfort fibreux par une résine polymère dans les procédés de mise en œuvre de matériaux composites de type LCM (Liquid Composite Molding). Les études théoriques et expérimentales réalisées se sont focalisées sur les anomalies d'imprégnation pouvant apparaître lors des écoulements. Les défauts couramment observés sont des vides pouvant s'assimiler à des bulles et provenant, en partie, d'une compétition entre les régimes gouvernant les écoulements intra-mèche et inter-mèches. L'analyse de la formation et du transport des bulles au sein d'une structure fibreuse demeure délicate à réaliser du fait de l'architecture complexe de la préforme. Afin de s'exonérer des difficultés rencontrées lors de la visualisation au sein du renfort et pour répondre à cette problématique de vide créé, nous avons fait le choix d'étudier les mécanismes d'imprégnation ainsi que la formation et le transport de bulles dans des réseaux modèles. Une analyse multi-échelles a été adoptée pour nos expérimentations faisant appel à une approche micro et millifluidique où les forces de mouillabilité sont prépondérantes. Les résultats obtenus montrent, dans un premier temps, l'influence de ces forces dans les mécanismes de génération et de transport de bulles et permet de justifier certaines observations proposées dans ce sujet. Un modèle simple basé sur des configurations d'inter-connectivités micropore/macropore a été proposé. Ce modèle permet d'envisager différentes analyses paramétriques selon des configurations géométriques et des régimes d'écoulement variés. Sur cette base, il est possible de prendre en compte différents facteurs et de les comparer à certaines contributions de la littérature dans le domaine de l'imprégnation des milieux fibreux et de la mise en œuvre des composites.

La conception et la validation d’un nouveau moteur électrique nécessitent d’examiner les comportements dans le temps des différents matériaux d’isolation électrique face aux multiples contraintes qu’ils subissent. Les caractérisations au cours des vieillissements thermiques, hygrothermiques, thermomécaniques et électriques, ont porté sur les matériaux seuls , avec un focus particulier sur les résines d’imprégnation : une à base de polyesterimide et une à base d’époxy chargé, mais également sur les systèmes d’isolation électrique complets. Les autres matériaux sont l’émail des fils de cuivre, constitué de polyesterimide et de polyamide-imide, et deux papiers d’isolation tri-couches à base de Nomex® et de Kapton® pour l’un, et de Nomex® et de PET pour l’autre. Des caractérisations physico-chimiques (suivi de masse, spectroscopies IR et diélectrique, microscopie optique) et mécanique (flexion 3 points) ont permis de mettre en évidence des mécanismes de dégradations des matériaux lors des vieillissements thermiques et hygrothermiques tels que la perte d’adhérence de l’émail ou bien la délamination de la résine époxy. La caractérisation électrique des motorettes par des mesures de décharges partielles, a permis une évaluation des impacts des différents vieillissements et également de les corréler avec certains comportements des matériaux. L’influence de la forme d’onde sur la TADP a été étudiée. Il n’apparait aucune différence significative dans nos conditions entre des mesures sous signaux sinusoïdaux et sous signaux carrés. Les simulations de champs électriques sur les motorettes sont en accord avec les tensions d’apparition de décharges partielles (TADP) mesurées et avec l’influence de la température sur ces TADP. / Design and validation of a new electric motor require an examination of the behavior of the electrical insulating materials under different stresses. Characterizations were performed during aging, thermal, hydrothermal, thermomechanical and electrical, both on the materials, with a special focus on the impregnating resins: a polyesterimide and a filled epoxy, and on models of the electrical system. Other materials have also been characterized such as the enamel covering the copper, with a formulation based on polyesterimide and polyamide-imide, and two 3-layer insulating papers based on Nomex® and Kapton® for the first and on Nomex® and PET for the second. Physicochemical analyses (mass loss, IR and dielectric spectroscopies, optical microscopy) and mechanical characterizations (3-points bending) allowed the identification of the degradation mechanisms during thermal and hydrothermal aging. The effects of the applied stresses on the motorettes were evidenced by measurements of partial discharges. Correlations with the observed behaviors of the materials were underlined, such as the loss of enamel adhesion or the delamination of the epoxy resin. The influence of the waveform on the PDIV has also been studied and it revealed no significant difference between sinus wave and square wave. Simulations of electric fields on the motorettes are in agreement with the measurements of partial discharge inception voltages (PDIV) and with the influence of temperature on these PDIV.

La question des inégalités environnementales et sociales de santé (IESS) à l’échelle des territoires est rapportée à deux dimensions cumulatives : un niveau d’exposition des populations à un environnement de vie dégradé et un niveau de vulnérabilité face à ces facteurs de risques, capables d’affecter la santé. Ces travaux de recherche concernent les Systèmes d’Information Géographique (SIG) appliqués au domaine de la santé environnementale. Ils ont pour objectifs généraux la caractérisation de la qualité des milieux environnementaux et l’évaluation des IESS. L’atteinte de ces objectifs passe préalablement par la récolte, la genèse et la mise en forme de bases de données environnementales spatialisées. Ces bases issues de la surveillance physico-chimique et de la biosurveillance des milieux sont ensuite cartographiées à l'aide des outils SIG, notamment les méthodes géostatistiques d’interpolation spatiale. En parallèle, les disparités spatiales d'incidence de pathologies sont étudiées grâce à des méthodes de cartographie des maladies (Ratios d'Incidence Standardisés : SIR) et de détection de clusters atypiques d'évènements (statistique de scan) mises en œuvre sur la base de registres de maladies. Finalement des études écologiques spatialisées sont élaborées afin de rapprocher les cartographies environnementales générées aux indicateurs sanitaires et socio-économiques. Ces travaux s’attachent à répondre à la question « les populations présentant un état de santé dégradé vivent-elles dans un environnement dégradé ? » Ce questionnement a été étudié à travers trois axes de recherche. Le premier concerne la caractérisation de l’imprégnation de l’environnement par les éléments traces métalliques (ETM) et l’évaluation des IESS à fine résolution sur trois bassins de vie de la région Nord-Pas de Calais (NPdC). Cette recherche est menée à partir de mesures d’imprégnations biologiques réalisées à la fois chez des lichens épiphytes et chez l’Homme et d’un indicateur de défaveur localisé. Les ETM mesurés ont été considérés de manière individuelle, mais également de manière globale à travers le développement d’un indice intégré multimétallique, afin d’exprimer le niveau d’imprégnation général par plusieurs métaux. Des inégalités environnementales ont été mises en évidence à l’échelle des quartiers du bassin de Dunkerque. Nos résultats supposent également l’implication de l’environnement dans l’imprégnation des populations pour certains ETM.Dans le deuxième axe, nous avons mis en évidence des disparités spatiales d’incidence de l’insuffisance rénale chronique terminale entre les cantons du NPdC et souligné l’implication du statut socio-économique dans l’apparition de ces disparités, contrairement à d’autres facteurs (diabète, maladies cardiovasculaires, pratiques médicales). Seule une partie des disparités de cette pathologie est aujourd’hui expliquée. Il est donc nécessaire de poursuivre sur le rôle des contaminants de l’environnement. Enfin, le troisième axe s’intéresse à l’analyse spatiale et spatio-temporelle de contaminations des eaux souterraines par les ETM, en vue d’identifier de potentiels facteurs de risques environnementaux des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin. La réalisation de ces travaux s’appuie sur plusieurs collaborations établies avec le Réseau REIN, le Registre EPIMAD et des équipes de recherche (EA4483 et EA2694 Université Lille 2, TVES EA4477 ULCO).A la suite de ces travaux de thèse, les perspectives de recherche sont de poursuivre le développement d’indicateurs intégrés d’exposition aux contaminations multiples des milieux environnementaux. Les résultats montrent également un manque de renseignement des bases de données environnementales par rapport aux registres de santé. Un travail est donc nécessaire afin de définir le contenu de ces bases, nécessaire pour caractériser la qualité des milieux et faciliter l’étude de l’interaction de l’Homme avec son environnement. / Environmental and social inequalities in health (ESIH) over territories are related to two cumulative dimensions: populations exposed to their living poor quality environment and the vulnerability of these populations to the environmental risk factors, which can affect health. This research deals with the Geographic Information Systems (GIS) applied to the field of environmental health. General purposes are the characterization of environmental media quality and the assessment of ESIH.Achieving these objectives requires a first step of harvest, genesis and formatting spatialized environmental databases. Such data are resulting from physico-chemical monitoring and biomonitoring. They were then mapped using GIS tools, including geostatistical spatial interpolation methods. On the over hand, spatial variability in the incidence of diseases were investigated using disease mapping methods (Standardized Incidence Ratios: SIR) and the detection of atypical clusters of events (scan statistics), which are based on disease registries. Finally, geographical ecological studies are developed to associate the environmental maps generated to health and socio-economic status. Thus, this work aims to answer the question \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\"do people with poor state of health live in a poor quality environment?\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\" This question has been studied through three main researches.The first relates the characterization of trace elements burdens in the environment and the assessment of ESIH on neighborhood scale, over three territories in the Nord-Pas de Calais (NPdC) region. This research is conducted from measurements of biological burdens performed both in epiphytic lichens and humans and from a localized index of deprivation. The measured metals were considered individually, but also holistically by developing an integrated multimetallic index, in order to describe the general status of environmental pollution by metals. Environmental inequalities were observed on neighborhood scale in Dunkerque. Our results assume that trace elements burdens in populations are affected by environmental burdens.In our second research we revealed spatial disparities in the incidence of end stage renal disease (ESRD) on small area in the NPdC. Unlike other factors (diabetes, cardiovascular disease, medical practices), we highlighted the role of socio-economic status in the occurrence of such disparities. Only a part of the ESRD variability is currently explained. It is therefore necessary to focus on the environmental hypothesis.The third research focuses on the spatial and spatio-temporal analysis of groundwater contamination by trace elements, in order to identify potential environmental risk factors in the incidence of chronic inflammatory bowel disease.This work is based on several collaborations with the REIN network, the EPIMAD registry, and several research teams (EA4483 and EA2694 Université Lille 2, TVES EA4477 ULCO).Following this thesis, the research prospects are to pursue the development of integrated indicators to assess population exposure to the multiple environmental media contamination. The results also indicate a lack of information in environmental databases compared to health registries. A work is thus needed to define the content of such databases. These are necessary to characterize the environmental quality and to help the assessment of interaction between the populations and their living environment.

Compte tenu du récent taux alarmant d'épuisement des réserves de combustibles fossiles et de l'augmentation drastique des niveaux de CO2 dans l'atmosphère qui a conduit au réchauffement de la planète et à des changements climatiques sévères, l'exploitation de toutes sortes d'énergies renouvelables a été la Parmi les principales priorités de la recherche Champs à travers le monde. L'une des nombreuses voies de ce genre est la réduction du CO2 aux combustibles utilisant des énergies renouvelables, plus communément appelées cellules photoélectro-catalytiques (PEC). Des essais expérimentaux sur la réduction du CO2 ont été réalisés sur différents types de catalyseurs dans les deux cellules (Conçu par un laboratoire) afin de comprendre la sélectivité, la productivité et les produits de réaction obtenus. Des essais expérimentaux ont été réalisés sur différents types de catalyseurs à la fois dans les cellules en phase gazeuse et en phase liquide pour comprendre la sélectivité, la productivité et les produits de réaction obtenus. Pour les études sur la réduction EC du CO2 en phase gazeuse, une série d'électrodes (à base de nanoparticules (NPs) de Cu, Fe, Pt et CuFe déposées sur des nanotubes de carbone ou de noir de carbone puis placées à l'interface entre une membrane Nafion et Une électrode à couche de diffusion de gaz). Les résultats démontrent le type divers de produits formés et leurs productivités. Dans des conditions sans électrolyte, la formation de produits ≥C1 tels que l'éthanol, l'acétone et l'isopropanol a été observée la plus élevée étant pour Fe et suivie de près par Pt. Pour améliorer Combustibles nets, un ensemble différent d'électrodes a été préparé sur la base de revêtements MOF de type imidazolate de type zéolitique substitué (SIM-1) (Fe-CNT, Pt-CNT et CuFe-CNT basés sur MOF) Et Pt-MOF a montré des carburants améliorés. En se reportant aux études sur la réduction EC du CO2 dans une cellule en phase liquide, un ensemble similaire d'électrodes a été prepare (NP - Cu, Fe, Pt, Ru, Co déposées sur des nanotubes de carbone ou du noir de carbone ont). Pour les conditions de phase liquide, en termes de produits C nets, les électrodes catalytiques à base de Pt sont en tête de la catégorie, suivies de près par Ru et Cu, tandis que Fe a obtenu la position la plus basse. Le mécanisme réactionnel sous-jacent probable a également été fourni. Afin d'améliorer encore les performances, on a synthétisé des NP de metal (Ru, Fe, Pt et Cu) de différentes tailles en utilisant différentes techniques de synthèse: (i) l'itinéraire d'imprégnation (ImR) pour obtenir des NP dans la plage de tailles de 10 à 50 nm; (Ii) Approche organométallique (OM) pour synthétiser des NPs uniformes et ultrafines dans la plage de tailles de 1-5 nm. Fe ont été synthétisés par une nouvelle voie de synthèse et des conditions pour atteindre des NP de 1 à 3 nm. (Iii) Approche de haut en bas de Nanowire pour obtenir des NP de cuivre ultrafin dans la plage de taille de 2-3,8 nm. Les améliorations apportées à la productivité du carburant se sont révélées être de 5 à 30 fois plus élevées pour les petites NP sur les NP plus importantes et, en outre, une charge réduite de 10 à 1-2% en poids. Un autre ensemble d'électrodes à base de nano-mousses (Cu NF et Fe NF sur Feuille de Cu, Feuille de Foie, Al Foil, Inconel foil et Al grid / mesh) préparés par électrodéposition ont également été étudiés afin d'améliorer encore la conversion de CO2 / carburant. Après, l'optimisation du dépôt et de la tension à l'aide de la voltamétrie cyclique, les carburants se sont améliorés de 2 à 10 fois par rapport aux combustibles nets les plus élevés obtenus à l'aide d'électrodes CNT dopées à base de NP / In view of the recent alarming rate of depletion of fossil fuel reserves and the drastic rise in the CO2 levels in the atmosphere leading to global warming and severe climate changes, tapping into all kinds of renewable energy sources has been among the top priorities in the research fields across the globe. One of the many such pathways is CO2 reduction to fuels using renewable energies, more commonly referred as photo-electro-catalytic (PEC) cells. Experimental tests were carried out on various types of catalysts in both the gas and liquid phase cells (lab-designed) to understand the different selectivity, productivity and the reaction products obtained. For the studies on the EC reduction of CO2 in gas phase cell, a series of electrodes (based on Cu, Fe, Pt and Cu/Fe metal nanoparticles – NPs - deposited on carbon nanotubes – CNTs - or carbon black and then placed at the interface between a Nafion membrane and a gas-diffusion-layer) were prepared. Under gas phase, the formation of ≥C1 products (such as ethanol, acetone and isopropanol) were observed, the highest being for Fe and closely followed by Pt, evidencing that also non-noble metals can be used as efficient catalysts under these conditions. To enhance the net fuels, a different set of electrodes were also prepared based on substituted Zeolitic Imidazolate (SIM-1) type MOF coatings (MOF-based Fe-CNTs, Pt-CNTs and Cu/Fe-CNTs) and Pt-MOF showed improved fuels. Moving to the studies on the EC reduction of CO2 in liquid phase cell, a similar set of electrodes were prepared (metal NPs of Cu, Fe, Pt, Ru and Co deposited on CNTs or carbon black). For liquid phase conditions, in terms of net C-products, catalytic electrodes based on Pt topped the class, closely followed by Ru and Cu, while Fe got the lowest position. The probable underlying reaction mechanism was also provided. In order to improve further the performances, varied sized metal NPs (Ru, Fe, Pt and Cu) have been synthesized using different techniques: (i) impregnation (ImR) route to achieve NPs in the size range of 10-50 nm; (ii) organometallic (OM) approach to synthesize uniform and ultrafine NPs in the size range of 1-5 nm (i.e., Fe NPs were synthesized through a novel synthesis route to attain 1-3 nm NPs); (iii) Nanowire (NW) top-down approach to obtain ultrafine copper metal NPs in the size range of 2-3.8 nm. The enhancements in the fuel productivity were found to be 5-30 times higher for the smaller metal NPs over the larger metal NPs and moreover, with reduced metal loading from 10 to 1-2 wt %. A different set of electrodes based on nano-foams (Cu NF and Fe NF on Cu foil, Fe foil, Al foil, Inconel foil and Al grid/mesh) prepared via electro-deposition were also investigated, to further improve CO2 to fuels conversion. After, optimization of deposition and voltage using cyclic voltammetry, the fuels improved by 2-10 times over the highest net fuels achieved using metal NPs doped CNT electrodes