La connaissance de l’énergie transférée aux surfaces en contact avec un plasma basse pression est un paramètre clé pour le contrôle des procédés plasmas basse pression. Sa détermination permet une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu lors du dépôt ou la gravure de couches couches minces. Elle dépend des espèces du plasma (les ions, les électrons et les neutres) ainsi que de nombreux mécanismes physiques ou chimiques (réaction, condensation, émission radiative.). Elle peut être déterminée par la simulation du transport des particules dans le plasma, par des estimations de chaque contribution à partir des paramètres plasma ou tout simplement mesurée. Les études dédiées à sa mesure sont principalement basées sur l’utilisation d’une sonde calorimétrique, dont le principe sur l’interpolation du thermogramme mesuré. Ce type de méthode induit un long temps de mesure (2 min) et est source d’incertitudes. Un outil de diagnostic pour la mesure directe de l’énergie transférée a été développé au GREMI. Il est basé sur l’adaptation d’un capteur à thermopile initialement dédié à des mesures à pression atmosphérique. Cette thèse a donc été dédié à son développement et son utilisation pour l’étude de différents procédés plasmas basse pression : un propulseur spatial à effet Hall, un plasma poudreux, mais surtout de décharges magnétron. Des mesures ont été réalisées lors du dépôt de titane, d’aluminium, de TiO2 et de Al2O3. Les influences de la configuration magnétique de la cathode, du type de décharge, de l’échauffement des cibles, sur les conditions énergétiques à la surface du film en croissance ont été étudiées. / The knowledge of the energy flux during plasma/surface interactions is a key parameter for the control of low pressure plasmas, as sputter deposition or etching processes. The energy flux density at a surface depends on plasma species (ions, electrons, neutrals...) elementary processes (condensation, chemical reaction, radiative transfer). It can be obtained by carring out simulation of particule transport through the plasma, by the calculation of each energetic contribution from plasma parameters or by indirect or direct measurement. Most os works focused on the mesurement of the energy flux is based on the using of a calorimetric probe. This method is based on the calculation of the temporal temperature evolution. The main disadvantages are that this methods can cause error of about 10 % and the acquisition time of the thermogram which is about 2 min. A diagnostic tool which provide a direct measurement of the energy flux, with a good sensitivity and a good time resolution was designed in the GREMI.The aim of this PhD thesis was to developped this tool and use for the study of different plasma processes as capacitiv RF discharge, Hall effect plasma thruster and especially magnetron sputter deposition process. In this last process, the influence of the cathode magnetic configuration, the reactive gas, the dicharge type (HiPIMS, DCMS and pDCMS), the heating of the target was studied on the energy flux at the growing thin film duting the sputtering of a titanium and an aluminum target.

La modélisation en écologie est aujourd'hui une pratique scientifique de premier plan. Portée par l'avancement technologique, les modèles utilisés en sciences de l'environnement présentent une complexité grandissante. La complexification des modèles est une nécessité pour une variété d'études, mais elle peut être une source d'incompréhension, voire d'erreurs. Savoir gérer son implémentation apparaît donc nécessaire. Fort de ce constat, deux approches complémentaires se sont distinguées et furent étudiées dans ce travail de thèse. D'une part, il est possible de gérer la complexité a priori, en contraignant directement les hypothèses de construction et le formalisme du modèle par l'utilisation d'un cadre théorique. Une illustration de l'utilisation d'un schéma théorique, la théorie des Budgets Dynamiques d'Énergie, présente comment une description précise de l'effet des ultraviolets fut adjointe à un modèle de l'endosymbiose corallienne. Cette étude met en lumière leur possible rôle dans le blanchiment des coraux scléractiniaires. La gestion de la complexité pouvant aussi s'opérer a posteriori, c'est à dire une fois l'étape de construction passée. Ainsi, une méthodologie d'analyse statistique des sorties de modèles ayant pour but de permettre leur simplification fut établie. À titre d'exemple, cette méthode a été appliquée sur un modèle à micro-échelle de l'écosystème mésopélagique. Ne plus avoir la possibilité d'entreprendre une approche analytique de son modèle n'est donc pas une fatalité pour qui veut maitriser son outil, car une multitude d'approches permettent d'obtenir des informations toutes aussi intéressantes. / Ecological modelling is nowadays a leading topic. the models used in environmental science turn to be more and more complex. Driven by technological advancement, the models used in environmental sciences are increasingly complex. The complexity of models is a need for a variety of studies, but it can also be a source of misunderstanding, or even errors. How to manage its implementation is therefore necessary. With this in mind, two complementary approaches have been studied in this thesis. On the one hand, it is possible to manage the complexity textit a priori, by directly constraining the construction assumptions and formalism of the model using a theo- retical framework. An illustration of the use of a theoretical framework, the theory of Dynamic Energy Budgets, shows how an accurate description of the effect of ultraviolet was added to a model of scleractinian corals. This study enlightened their possible role in coral bleaching events. Managing complexity can also be carried out textit a posteriori, ie once the construc- tion phase is done. Thus, a simplification methodology using a statistical analysis of the model outputs was established . As an example, this method was applied on a micro- scale model of the mesopelagic ecosystem. Eventually, not being able of pursuing an analytical approach of the model is not inevitable for those who want to still mastering their model, it exists a multitude of tool who brings equally interesting informations.

La multiplication des plate-formes embarquées disponibles sur le marché rend de plus en plus complexe le choix d’une plate-forme pour un produit. L’arrivée des architectures multi-processeurs augmente encore plus ce phénomène. Dans le contexte industriel actuel, il est nécessaire de disposer d’une méthodologie et des outils associés permettant d’évaluer rapidement ces plate-formes et celles qui apparaitront dans le futur sur le marché afin de faire des premiers choix tôt dans le cycle de conception des produits. Précédemment, il était nécessaire d’attendre l’arrivée sur le marché des plate-formes de test afin d’exécuter sur ces plate-formes des benchmarks et des applications afin d’évaluer leur performance et leur consommation. Nous proposons ici une méthodologie et les outils associés permettant de modéliser un système (logiciel et matériel) puis d’estimer ses performances et sa consommation d’énergie. Notre méthodologie s’appuie sur des modèles simples à mettre en œuvre utilisant uniquement des informations présentes dans les documents techniques des constructeurs. Autre avantage de notre approche, la simulation réalisée s’appuie sur du code exécutable généré automatiquement afin de s’exécuter en natif sur un ordinateur. Cela permet une exécution rapide des scénarios de test et offre la possibilité de faire de l’exploration d’architectures. Nous avons procédé à diverses validations en utilisant des applications variées (décodeur H.264, application radio, benchmarks classiques, ...) et en comparant les performances et la consommation estimée avec l’équivalent sur des plate-formes réelles (OMAP3/4, i.MX6, QorIQ, ...). Cela a permis d’évaluer l’erreur d’estimation de FORECAST (l’outil développé lors de cette thèse) et ainsi de s’assurer que le taux d’erreur reste dans des bornes admissibles c’est-à-dire inferieures à 20%. Nous avons d’un autre côté comparé notre approche avec celles développées dans deux autres projets OpenPEOPLE (ANR) et COMCAS (Catrene) afin de s’assurer que le rapport effort/précision de notre approche est intéressant. / The number of available commercial platforms is constantly increasing. The choice of an architecture that fit as much as possible the requirements is therefore more and more complex. This is even more real with the availability of recent multiprocessors architectures. As a consequence, methodologies with their associated tools are required in order to quickly evaluate future platforms, so that choices can be made early in the design flow. So far, evaluating either the performance or the power consumption of a dedicated platform was performed through executing benchmarks and applications on this platform. In this thesis, a new methodology with its associated tools, called FORECAST, is proposed to model both the hardware and software of a system, and then to estimate its performance and its power consumption. Our methodology is based on efficient models, easy to characterize using only information provided by constructor datasheets. Moreover, our approach is able to automatically generate an executable code of the system that can be simulated on the host machine. This simulation allows a rapid execution of multiple test cases. Our approach is therefore well adapted for performing architecture exploration. A lot of experimentations have been performed using our tool FORECAST for different applications (H.264 video decoder, radio application, benchmarks. . .) and different hardware platforms. Results obtained both in performance and in power consumption have then been compared with existing platforms (OMAP3, OMAP4, i.MX6, QorIQ. . .), but also with two collaborative projects, OpenPeple (ANR) and COMCAS (Catrene), dealing also with performance and power estimations. The comparison demonstrates the accuracy of our approach as the estimation is always below a 20% error margin. These experimentations have also shown that our methodology provides a very efficient ratio between the modeling effort and the accuracy of the estimations.

Lors d’une rentrée atmosphérique, les boucliers thermiques des véhicules spatiaux subissent un échauffement considérable dont une fraction significative (~30%) est attribuée aux réactions chimiques à leur surface. Cette thèse contribue à la compréhension de cette réactivité hétérogène, la catalycité, au moyen des outils de la chimie théorique. Une méthode de construction de surface d’énergie potentielle globale est développée et appliquée à l’étude de la dynamique de processus élémentaires (adsorption moléculaire dissociative, absorption atomique, recombinaison Eley-Rideal …) pour les systèmes chimiques N,N2/W(100,110) et O,O2/Cu(100). Ces approches sont ensuite couplées à un modèle cinétique permettant de quantifier la catalycité. / During an atmospheric re-entry, the thermal shields of spacecrafts undergo an important heating, a significant fraction (~30%) of which is due to the chemical reactions at their surface. This thesis is a contribution to the understanding of this heterogeneous reactivity, catalycity, with the tools of theoretical chemistry. A method to build a global potential energy surface is developed and applied to the study of elementary processes dynamics (dissociative molecular adsorption, atomic absorption, Eley-Rideal recombination …) for the N,N2/W(100,110) and O,O2/Cu(100) chemical systems. These approaches are then coupled with a kinetic model quantifying catalycity.

Dans le cadre des réseaux ad hoc à grande envergure, le concept de clusterisation peut être mis à profit afin de faire face aux problèmes de passage à l'échelle et d'accroître les performances du système. Tout d’abord, cette thèse présente notre algorithme de clusterisation TBCA ‘Tiered based Clustering algorithm’, ayant pour objectif d’organiser le processus de clusterisation en couches et de réduire au maximum le trafic de contrôle associé à la phase d’établissement et de maintenance de l’infrastructure virtuelle générée. La formation et la maintenance d’une infrastructure virtuelle ne sont pas une fin en soi. Dans cet axe, on a exploité les apports de notre mécanisme de clusterisation conjointement avec le mode veille, à travers la proposition de l’approche de conservation d’énergie baptisée CPPCM ‘Cluster based Prioritized Power Conservation Mechanism’ avec deux variantes. Notre objectif principal est de réduire la consommation d’énergie tout en assurant l’acheminement des paquets de données sans endurer des temps d’attente importants aux niveaux des files d’attente des nœuds impliqués dans le transfert. Nous avons proposé aussi un algorithme de routage LCR ‘Layered Cluster based Routing’ se basant sur l’existence d’une infrastructure virtuelle. L’exploitation des apports de notre mécanisme TBCA et la limitation des tâches de routage additionnelles à un sous ensemble de nœuds sont des atouts pour assurer le passage à l’échelle de notre algorithme. / Relying on a virtual infrastructure seems a promising approach to overcome the scalability problem in large scale ad hoc networks. First, we propose a clustering mechanism, TBCA ‘Tiered based Clustering algorithm’, operating in a layered manner and exploiting the eventual collision to accelerate the clustering process. Our mechanism does not necessitate any type of neighbourhood knowledge, trying to alleviate the network from some control messages exchanged during the clustering and maintenance process. Since the energy consumption is still a critical issue, we combining a clustering technique and the power saving mode in order to conserve energy without affecting network performance. The main contribution of our power saving approach lies on the differentiation among packets based on the amount of network resources they have been so far consumed. Besides, the proposed structure of the beacon interval can be adjusted dynamically and locally by each node according to its own specific requirements. We propose also a routing algorithm, LCR ‘Layered Cluster based Routing’. The basic idea consists on assigning additional tasks to a limited set of dominating nodes, satisfying specific requirements while exploiting the benefits of our clustering algorithm TBCA.

L’évolution des services en ligne et l’avènement du big data ont favorisé l’introduction de l’internet dans tous les aspects de notre vie : la communication et l’échange des informations (exemple, Gmail et Facebook), la recherche sur le web (exemple, Google), l’achat sur internet (exemple, Amazon) et le streaming vidéo (exemple, YouTube). Tous ces services sont hébergés sur des sites physiques appelés centres de données ou data centers qui sont responsables de stocker, gérer et fournir un accès rapide à toutes les données. Tous les équipements constituants le système d’information d’une entreprise (ordinateurs centraux, serveurs, baies de stockage, équipements réseaux et de télécommunications, etc) peuvent être regroupés dans ces centres de données. Cette évolution informatique et technologique a entrainé une croissance exponentielle des centres de données. Cela pose des problèmes de coût d’installation des équipements, d’énergie, d’émission de chaleur et de performance des services offerts aux clients. Ainsi, l’évolutivité, la performance, le coût, la fiabilité, la consommation d’énergie et la maintenance sont devenus des défis importants pour ces centres de données. Motivée par ces défis, la communauté de recherche a commencé à explorer de nouveaux mécanismes et algorithmes de routage et des nouvelles architectures pour améliorer la qualité de service du centre de données. Dans ce projet de thèse, nous avons développé de nouveaux algorithmes et architectures qui combinent les avantages des solutions proposées, tout en évitant leurs limitations. Les points abordés durant ce projet sont: 1) Proposer de nouvelles topologies, étudier leurs propriétés, leurs performances, ainsi que leurs coûts de construction. 2) Conception des algorithmes de routage et des modèles pour réduire la consommation d’énergie en prenant en considération la complexité, et la tolérance aux pannes. 3) Conception des protocoles et des systèmes de gestion de file d’attente pour fournir une bonne qualité de service. 4) Évaluation des nouveaux systèmes en les comparants à d’autres architectures et modèles dans des environnements réalistes. / The increasing trend to migrate applications, computation and storage into more robust systems leads to the emergence of mega data centers hosting tens of thousands of servers. As a result, designing a data center network that interconnects this massive number of servers, and providing efficient and fault-tolerant routing service are becoming an urgent need and a challenge that will be addressed in this thesis. Since this is a hot research topic, many solutions are proposed like adapting new interconnection technologies and new algorithms for data centers. However, many of these solutions generally suffer from performance problems, or can be quite costly. In addition, devoted efforts have not focused on quality of service and power efficiency on data center networks. So, in order to provide a novel solution that challenges the drawbacks of other researches and involves their advantages, we propose to develop new data center interconnection networks that aim to build a scalable, cost-effective, high performant and QoS-capable networking infrastructure. In addition, we suggest to implement power aware algorithms to make the network energy effective. Hence, we will particularly investigate the following issues: 1) Fixing architectural and topological properties of the new proposed data centers and evaluating their performances and capacities of providing robust systems under a faulty environment. 2) Proposing routing, load-balancing, fault-tolerance and power efficient algorithms to apply on our architectures and examining their complexity and how they satisfy the system requirements. 3) Integrating quality of service. 4) Comparing our proposed data centers and algorithms to existing solutions under a realistic environment. In this thesis, we investigate a quite challenging topic where we intend, first, to study the existing models, propose improvements and suggest new methodologies and algorithms.

Une des préoccupations majeures de la recherche dans le domaine de l’énergie est la diminution de la production des gaz à effet de serre et la réduction de notre empreinte écologique. Les générateurs thermoélectriques participent à une démarche globale d’efficacité énergétique en convertissant directement une partie de l’énergie thermique qui les traverse en énergie électrique. Ces derniers sont encore peu utilisés et rares sont les travaux qui traitent de leur optimisation. Ce travail a permis d’explorer les stratégies d’intégration des modules thermoélectriques dans les ensembles définis par les utilisateurs finaux en utilisant une méthodologie basée sur une modélisation complète des systèmes du flux de chaleur à la production électrique. Un code numérique couplant les équations de la thermique, de la thermoélectricité et de l’électricité a été développé et permet d’observer l’influence de plusieurs paramètres sur la production d’électricité (débit et température de la source chaude, débit et température de la source froide, type de modules thermoélectriques, emplacement des modules,…). La validation de ce modèle a nécessité la réalisation et l’instrumentation de plusieurs prototypes expérimentaux dont le plus conséquent est une boucle d’air à haute température alimentant un prototype de générateur thermoélectrique modulable. La conception et la réalisation de convertisseurs électriques dédiés, à recherche du point de fonctionnement maximal (MPPT), a permis de tester ces prototypes au point d’adaptation optimale. Enfin, une méthode d’optimisation appliquée au modèle nous délivre le nombre de modules ainsi que leur emplacement pour une production électrique maximale. Un outil de dimensionnement et d’optimisation de générateurs thermoélectriques est maintenant disponible. Il nous a permis tout d’abord d’étudier la faisabilité d’une production d’électricité en zones isolées au travers d’un prototype de cuisinière à bois thermoélectrique. Puis nous avons analysé la faisabilité dans le domaine de l’automobile en se plaçant à un point de fonctionnement précis correspondant au gaz d’échappement. / A major concern of research in the field of energy is the decrease in the production of greenhouse gas emissions and reducing our ecological footprint. Thermoelectric generators participate in a comprehensive approach to energy efficiency by directly converting a part of the thermal energy that flows through in electricity. This work explore strategies for integrating thermoelectric modules in sets defined by end users using a methodology based on a complete systems modelling from heat flow to power generation. A numerical code coupling equations of heat transfers and thermoelectricity was developed and used to observe the influence of several parameters on the production of electricity (flow and temperature of the hot source, flow and temperature of the cold source, type of thermoelectric modules, module location...). The validation of this model has necessitated the construction and the instrumentation of several experimental prototypes which for the most important is a hot air loop supplying a prototype flexible thermoelectric generator. The design and the realization of dedicated electrical converters to research the maximum operating point (MPPT) was performed to test these prototypes optimal adaptation issue. Finally, an optimization method applied to the model delivers us the number of modules and their location for maximum power production. A tool for design and optimization of thermoelectric generators is now available. It has allowed us to study the feasibility of an integrated thermoelectric generation in a variety of systems such as the automobile using exhaust gas or a specific cook stove for developing countries.

L'objectif ultime de ce travail de thèse consiste à établir un bilan énergétique à l'échelle du grain afin de caractériser et de vérifier la cohérence thermodynamique de modèles de comportement utilisés pour rendre compte du développement de la plasticité cristalline dans les matériaux métalliques. La première partie de ce travail a consisté à mettre en place un protocole d'élaboration du matériau permettant d'obtenir la microstructure souhaitée, compatible avec des moyens d'observations macroscopiques. Les échantillons d'aluminium à très gros grains (centimétriques) ainsi obtenus sont utilisés pour effectuer des essais cycliques durant lesquels les champs cinématiques et thermiques sont mesurés au moyen de techniques de Corrélation d'Images Numériques et de Thermographie Infra-rouge. Deux techniques de traitement d'image spécifiques ont été proposées. Elles permettent d'introduire des hypothèses sur les champs cinématiques et thermiques qui soient adaptées à la microstructure (ici continuité intra-granulaire du déplacement, de la température et du flux). Ces méthodes permettent d'accéder à des mesures complètement indépendantes d'un grain à l'autre tout en améliorant la robustesse des méthodes de mesure. Ces méthodes ont été validées numériquement en utilisant des images de synthèse sur lesquelles ont été appliqués des champs hétérogènes. Une campagne d'essais cycliques a enfin été menée sur les multi-cristaux d'aluminium élaborés. Les méthodes développées ont permis d'observer le développement de la plasticité intra-granulaire et le développement de la fissuration inter-granulaire. / The main objective of this PhD thesis is to establish an energy balance at the grain scale in order to assess the thermomechanical consistency of material models used to predict the development of crystal plasticity of metals.The first part of this work consists in setting a protocol allowing the material elaboration with the desired microstructure which is to be compatible with the use of classical macroscopic observation devices. The obtained coarse-grained aluminum samples (with centimeter grains) are used in cyclic tensile tests. During these tests, the kinematic and thermal fields are recorded with Digital Image Correlation and Infra-Red Thermography techniques.Two specific imaging techniques were developed. They allow introducing ad hoc hypotheses (i.e. consistent with microstructure) on the kinematic and the thermal fields. In this work, these hypotheses consist in intra-granular continuity conditions on the displacement, temperature and heat flux fields. These methods give independent measures on each grain while improving the robustness of the measurement methods. These methods were numerically validated using computer-generated images heterogeneously loaded.Cyclic tests were finally performed on the processed aluminum multi-crystals. The developed methods allowed the observation of the development of intra-granular plasticity and the development of inter-granular cracking.

Les performances des techniques de bioimagerie et de biodétection peuvent être améliorées grâce aux nanoparticules fluorescentes (NPs) permettant un transfert d’énergie résonante de type Förster (FRET) efficace. Le but de mon projet de thèse est le développement de NPs polymériques brillantes et ultrastables encapsulant des fluorophores, capables de produire un FRET au-delà du rayon de Förster. Il a été montré que les groupements encombrés sont essentiels pour minimiser l’auto-extinction et le blanchiment des fluorophores encapsulés. Par ailleurs, la matrice polymérique joue un rôle crucial dans le contrôle de l’effet collaboratif entre fluorophores du au transfert d’énergie d’excitation. Puis, en utilisant cet effet collaboratif entre fluorophores, nous avons conçu des NPs présentant une photocommutation efficace, ainsi qu'un phénomène de "light harvesting" très important. Enfin, de très petites NPs avec un FRET efficace à leur surface ont été élaborées et appliquées pour la détection ultra-sensible de protéines. Les résultats obtenus fournissent de nouvelles perspectives dans le développement des nanoparticules brillantes avec un transfert d'énergie efficace, ainsi que des nano-sondes pour la détection de molécules uniques. / Performance of biosensing and bioimaging techniques can be improved by fluorescent nanoparticles (NPs) capable of efficient Förster resonance energy transfer (FRET). The aim of my PhD project is to develop bright and photostable dye-loaded polymer NPs capable to undergo efficient FRET beyond the Förster radius. We showed that bulky groups are essential for minimizing self-quenching and bleaching of encapsulated dyes. Moreover, polymer matrix plays a crucial role in controlling the inter-fluorophore communication by excitation energy transfer. Then, by exploiting communication of dyes, we designed NPs exhibiting efficient photoswitching as well as giant light-harvesting. Finally, very small NPs with efficient FRET to their surface were developed and applied for ultra-sensitive molecule detection of proteins. The obtained results provide new insights in the development of bright nanoparticles with efficient energy transfer as well as nano-probes for single-molecule detection.

L’objectif du travail décrit dans cette thèse est de développer des batteries Li-ion peu coûteuses, respectueuses de l’environnement, facilement industrialisables et recyclables, tout en utilisant des fibres cellulosiques et un procédé en milieu aqueux. Deux approches ont été adoptées pendant ce travail expérimental. Dans un premier temps, les microfibrilles de cellulose ont été utilisées pour la production d’anodes par un procédé de casting. Puis, une approche papetière a été adoptée. La plupart des travaux expérimentaux se sont focalisés sur l’utilisation de fibres de cellulose pour la production d’électrodes papier (anodes et cathodes) et de séparateurs-papier par procédé de filtration en milieu aqueux pour obtenir des cellules complètes à base de cellulose. Les électrodes obtenues sont homogènes, souples et leurs propriétés électrochimiques comparables à celles d’électrodes de références utilisant un polymère de synthèse comme liant. / This work investigates the production of low cost, low environmental impact, easily up-scalable and recyclable cellulose-based Li-ion batteries. Two main research approaches were explored. At first, microfibrillated cellulose was used for the production of paper-like anodes by means of a water-based casting process.Then, a papermaking approach was adopted and the majority of the experimental work was focused on the use of cellulose fibers for the production of paper-electrodes (i.e. anodes and cathodes) and paper-separators by means of a water-based filtration process.The prepared electrodes are easy to handle and self-standing with good electrochemical characteristics, comparable with that of standard synthetic polymer-bonded electrodes.