Inaug.-Diss.--Cologne. / Vita. Bibliography: leaves iv-viii.

Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2009.

Universiẗat, Diss., 2004--Bielefeld. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2003.

Universiẗat, Diss., 2004--Düsseldorf.

Zugl.: Tübingen, Univ., Diss., 2008

L'utilisation de la réfrigération secondaire permet de réduire l'impact environnemental des systèmes frigorifiques grâce à une réduction de l'utilisation de gaz à effet de serre, néanmoins un tel procédé abaisse l'efficacité des systèmes. Afin de rendre ce procédé plus efficace et viable, l'utilisation de fluide à forte densité énergétique ainsi qu'un couplage avec un dispositif de stockage thermique a été envisagé comme réponse à une problématique industrielle de distribution de froid (climatisation, procédés de refroidissement). Un montage expérimental constitué d'une boucle de circulation et d'un réacteur de formation a été utilisé afin d'évaluer les caractéristiques de charge et décharge d'un réseau utilisant des fluides diphasiques. Cette étude a également permis l'élaboration et la validation de modèles prédictifs (réservoir de stockage, échangeur de chaleur, écoulement) de dynamique de stockage et déstockage pour différents matériaux. Ces modèles ont ensuite été appliqués au cas d'un réseau industriel afin d'étudier l'impact du matériau de stockage choisi sur le dimensionnement du système, sur la consommation énergétique mais aussi sur sa viabilité économique. Ainsi, les résultats ont d'abord montré que l'utilisation d'un dispositif améliorait l'efficacité d'un système et que le retour sur investissement dépendait des scénarios de stockage envisagés. Enfin, une forte dépendance sur le choix du matériau a également été soulevée. / The use of secondary refrigeration can reduce cooling system impact on environment by greenhouse gas reduction, nevertheless this kind of technology reduce the system efficiency. The use of high energetic density and thermal energy storage was considered to improve system efficiency and to answer to industrial cooling process issue (air-conditioning, cooling process or temperature preservation). An experimental set-up composed by a stired tank reactor and circulation loop was used in order to evaluate the charging and discharging dynamic of a cooling district using phase change slurry. This experimental study offers the opportunity to elaborate and validate further models (stirred tank reactor, heat exchanger, flow behavior) to predict the charging and discharging behaviors for various storage materials. Then, these models were used in the case of an industrial system to observe the impact of the storage material or system sizing, energy consumption and economic sustainability. Thus, results show that the impact of the storage device on system energy efficiency and the return on investment depends on storage scenarios. Finally the impact of the chosen material on system efficiency was pointed out.

Ces dernières années, les performances des matériaux multiferroïques ont beaucoup progressé avec les composites à deux phases : magnetostrictive et piézoélectrique. Les composites utilisent le couplage entre le magnétisme et la piézoélectricité par le biais de la magnétostriction. On obtient ainsi le contrôle de l’aimantation par le champ électrique électrique et à l’inverse celui de la polarisation électrique par un champ magnétique (ce qui nous intéresse ici). Cela pousse l’électronique vers des solutions plus vertueuses pour l’environnement avec une baisse de la consommation électrique des circuits (les commandes en courant sont remplacées par des commandes en tension) et le remplacement des piles d’alimentation, qui doivent être changées périodiquement, par des systèmes de récupération d’énergie pérenne. La récupération d’énergie est très présente avec l’Internet des Objets (IoT). Malgré leur performance, ces composites restent perfectibles, notamment au niveau de la phase magnetostrictive. Son optimisation est indispensable. Le matériau courant est le Terfenol-D à cause de sa magnétostriction géante, dans sa forme massive et monocristalline. Ce matériau historique demeure rare, cher, fragile et son procédé de tirage n’est pas adapté à la fabrication de dispositifs miniatures. Ce travail a donc porté sur l’étude comparative des voies de fabrication de disques miniatures de Terfenol-D pour la réalisation de récupérateurs d’énergie. Une étude de fond a été menée sur des séries de disques découpés dans des lingots d’alliages commerciaux (monocristallins et polycristallins). Ensuite, nous sommes tournés vers la méthode du frittage isotrope de poudre avec très peu de recul sur ce matériau. Le frittage conventionnel a conduit aux premiers disques fonctionnels sans découpe mais manquant de densité et de tenue mécanique. Ces défauts ont ensuite été corrigés grâce à la technique de SPS (Spark Plasma Sintering) mais la reproductibilité dans le temps reste à améliorer. Les disques de Terfenol-D (découpés et fabriqués) ont été assemblés avec la phase piézoélectrique (PZT commercial). Des caractérisations électriques par la méthode sans contact ont validé leur aptitude à récupérer de l’énergie, en proportion moindre quand on le compare au Terfenol-D monocristallin comme attendu, mais en quantité suffisante pour les applications ciblées. Enfin, une solution alternative a été explorée avec l’alliage magnétique à mémoire de forme NiMnGa offrant de très grandes déformations. Une perspective vers un bouton poussoir autonome sans fil est présentée en toute fin. / In recent years, performances of multiferroïc materials have considerably improved with two-phase composites: magnetostrictive and piezoelectric. These composites take advantage of the coupling between magnetism and piezoelectricity through magnetostriction. Thus they allow control of magnetization with electrical voltage, and conversely, to get an electrical polarization depending on the magnetic field (our focus in this case). This drives electronics towards more environmental friendly solutions, namely with lower circuit power consumption (current controls are replaced by voltage controls) and the replacement of batteries, which must be periodically changed, by sustainable energy harvesting systems. Energy harvesting solutions are popular with the Internet of Things (IoT). Despite their performance, these multiferroïc composites remain perfectible, especially regarding the magnetostrictive phase. Its optimization is essential. The common material is Terfenol-D because of its giant magnetostriction, used in its massive and monocrystalline form. This material remains rare, expensive, fragile and its growing method is not adapted to the manufacturing of miniature devices. This work focuses on a comparative study of Terfenol-D miniature disk manufacturing pathways for the production of energy harvesters. A benchmark study was carried out on a series of disks cut in commercial alloy ingots (monocrystalline and polycrystalline). Next, the isotropic powder sintering method was investigated with very little background on this material. Conventional sintering led to the first functional disks needing no ulterior machining but with low density and mechanical strength. These defects were then corrected using the SPS technique (Spark Plasma Sintering) but the reproducibility over time has yet to be improved. The Terfenol-D disks (both cut and manufactured) were assembled with the piezoelectric phase (commercial PZT). Electrical characterizations using a contactless method have validated their potential to harvest energy, in lesser amounts than monocrystalline Terfenol-D as expected, but in a large enough quantity regarding most of applications. Finally, an alternative solution has been explored with NiMnGa shape magnetic alloys offering very large deformations. A perspective to a wireless autonomous push button prototype is presented at the very end.

In this work we have examined different methods of averaging in general relativity and cosmology. We developed the method based on Cartan scalars. We computed the backreaction term for a flat LTB model with a special ansatz for the radial function. We found out that it behaves as a positive cosmological constant. In the next part of this thesis we were interested in averaging inside LRS class II dust model. For this family we averaged all the Einstein equations and the resulting system generalizes the Buchert equations. We numerically worked out two concrete examples where deceleration parameter changes its sign from positive to negative. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

Title: Radiation corrections to atomic spectra. Author: Vojtěch Patkóš Department: Department of chemical physics and optics Supervisor: doc. Mgr. Jaroslav Zamastil, Ph.D., KCHFO Abstract: In present time accuracy of spectroscopic measurements achieved fan- tastic accuracy 1 part in 10 to the power 14. If these measures are followed by theoretical calculations of similar accuracy we can test quantum electrodynamics and part of the standard model responsible for parity violating weak forces by comparing theory and experiment and set some of the basic physical constants like Rydberg constant, mass and radius of nucleus, constant of fine structure and it's variation in time etc. For achieving this kind of accuracy of calculations one must take into account so called radiation corrections. This thesis focus is on accurate calculation of the most important of them, the self-energy of electron in one-loop aproximation. Keywords: Quantum electrodynamics, radiation corrections, self-energy of elec- tron.

La présente thèse s’inscrit dans un projet collaboratif de type CEFIPRA entre l’Inde (Dr. Ravi Kumar, Department of Metallurgical and Materials Engineering, Indian Institute of Technology-Madras (IIT Madras), Chennai) et la France (Dr. Samuel Bernard, Institut Européen des Membranes, CNRS, Montpellier). Les travaux de thèses se sont consacrés à la synthèse de céramiques de type non-oxyde autour de systèmes binaires (nitrure de silicium et nitrure de bore) et ternaires (Si-M-N, B-M-N (M=Ti, Zr, Hf)) à partir de précurseurs moléculaires et polymères, i.e., la voie polymères précéramiques ou PDCs. L’idée principale de ce travail est de former des structures nanocomposites à partir des systèmes ternaires dans lesquelles des nanocristaux de nitrures métalliques (M=Ti, Zr, Hf) se développent pendant la synthèse du nitrure de silicium et du nitrure de bore. Une caractérisation complète allant des polymères aux matériaux finaux a été conduite. Ces matériaux ont ensuite été préparés sous forme de composés mésoporeux (monolithes) en couplant la voie des polymères précéramiques à une approche de nanomoulage. Ces monolithes à haute surface spécifique et mésoporosité interconnectée ont alors été appliqués comme support de nanoparticules de platine pour l’hydrolyse du borohydrure de sodium pour générer de l’hydrogène. Les performances en tant que support de catalyseur ont été évaluées en termes de volume d’hydrogène libéré et de reproductibilité. Nous avons montré que les nanocomposites TiN/Si3N4 de surface spécifique très élevée présentent les meilleures performances grâce à l’activité catalytique du Si3N4 amorphe, de la présence de TiN nanométrique et de l’effet synergétique entre les nanoparticules Pt, le TiN nanostructuré et le Si3N4 amorphe. En preuve de concept, nous avons montré que ces structures nanocomposites étaient multifonctionnelles: elles peuvent être appliquées en tant que supports d’électro-catalyseurs et matériaux d’électrodes dans les piles à combustibles et les super-condensateurs, en particulier pour ceux contenant des matériaux lamellaires 2D et du carbone libre. / The thesis has been funded by a collaborative research partnership between Indian (Dr. Ravi Kumar, Department of Metallurgical and Materials Engineering, Indian Institute of Technology-Madras (IIT Madras), Chennai) and French institutes (Dr. Samuel Bernard, European Membrane Institute, CNRS, Montpellier), IFCPRA/CEFIPRA. It is focused on the synthesis, and characterization of binary (silicon nitride and boron nitride) and ternary (Si-M-N, B-M-N (M = Ti, Zr, Hf)) ceramics which are prepared through a precursor approach based on the Polymer-Derived Ceramics (PDCs) route. The idea behind the preparation of the ternary systems is to form nanocomposite structures in which metal nitrides (M = Ti, Zr, Hf) nanocrystals grow during the synthesis of silicon nitride and boron nitride. A complete characterization from the polymer to the final material is done. Then, these materials have been prepared as mesoporous monoliths coupling the PDCs route with a nanocasting approach to be applied as supports of platinum nanoparticles for the hydrolysis of liquid hydrogen carriers such as sodium borohydride. The performance as catalyst supports has been evaluated in terms of volume of hydrogen released and reproducibility. We showed that the very high specific surface area TiN/Si3N4 nanocomposites displayed the best performance because of the catalytic activity of amorphous Si3N4, the presence of nanoscaled TiN and the synergetic effect between Pt nanoparticles, nanoscaled TiN and amorphous Si3N4. Interesting, these materials are multi-functional as demonstrated as a proof of concept: they can be applied as electrocatalyst supports, electrode materials for fuel cells and supercapacitors, in particular those containing 2D layered materials and free carbon.