Les performances des bassins de stations d'épuration sont directement liées au transfert d'oxygène de bulles d'air généralement insufflées par des aérateurs vers des micro-organismes capables de détériorer certains polluants des eaux usées. Une prédiction précise du transfert de matière de l'oxygène dans ces bassins reste toutefois encore délicate. L'objectif de cette thèse est de développer des outils d'analyse aux interfaces afin de mieux appréhender localement les différents mécanismes régissant le transfert de matière gaz/liquide. Cette simplification se base sur l'étude du transfert d'oxygène : (i) pour une bulle millimétrique isolée, (ii) dans un liquide au repos, (iii) sans particules solides (système diphasique). À l'aide de techniques de visualisation, il est possible d'évaluer l'influence de la composition de la phase liquide sur le coefficient de transfert côté́ liquide par PLIF (Fluorescence Induite par un Plan Laser) et sur le comportement hydrodynamique de la bulle (diamètre, vitesse, forme) par caméra rapide. L'influence du diamètre de la bulle sur le transfert de matière visualisé est également évaluée. Le coefficient de transfert côté liquide n'étant pas le seul paramètre représentatif du transfert de matière, des techniques expérimentales spécifiques sont développées afin d'estimer avec précision le coefficient de diffusion de l'oxygène dans la phase liquide d'intérêt ainsi que sa concentration à saturation au travers d'une interface gaz/liquide plane en cellule de Hele-Shaw. Via ces différentes techniques expérimentales développées durant la thèse, une cartographie précise de l'influence de la phase liquide sur le transfert d'oxygène est établie en évaluant dans un premier temps l'influence de certains composants isolés (sel, glucose, alcool, tensio-actifs, médicaments, etc.). Ainsi, il sera observé que certains composants, comme les tensio-actifs, peuvent fortement diminuer le transfert de matière. Les corrélations généralement utilisées afin de caractériser ce transfert de matière ne parvenant pas toujours à représenter de telles diminutions, ces résultats seront par la suite comparés à ceux obtenus dans des eaux de stations d'épuration afin d'approfondir la compréhension des différents mécanismes limitant ce transfert d'oxygène / The performance of tanks in sewage treatment plants is highly related to the oxygen transfer from air bubbles, usually injected through di��users, to microorganisms able to degrade pollutants contained in wastewaters. However, characterizing accurately the oxygen mass transfer in such processes is still a challenging issue mainly because of the liquid phase complexity. The aim of this PhD manuscript is to develop specific techniques to better understand the various mechanisms that locally govern the gas/liquid mass transfer process. This study focuses on the oxygen mass transfer, (i) from a single bubble, (ii) rising in a stagnant liquid, (iii) free from solid particles (biphasic system). Efficient visualization techniques allow the impact of the liquid phase composition on the liquid- side mass transfer coefficient (using PLIF (Planar Laser-Induced Fluorescence)) and on the bubble hydrodynamic behavior (bubble diameter, shape, velocity) using high-speed cameras to be evaluated. Moreover, the impact of the bubble diameter on the mass transfer visualized is considered. Since the liquid-side mass transfer coefficient is often not sufficient to fully characterize mass transfer, specific experimental techniques, based on planar gas/liquid interfaces in Hele-Shaw cells, are proposed to estimate the diffusion coefficient of oxygen and the oxygen saturation concentration in several liquids of interest. Using the visualization techniques developed during this PhD thesis, the impact of the liquid phase on the oxygen mass transfer is evaluated by introducing different compounds in the liquid phase (salts, glucose, alcohol, surfactants, drugs, etc.). It is interesting to note that some compounds, such as surfactants, can drastically bother the oxygen mass transfer. Since the correlations classically used to characterize mass transfer cannot explain such performance degradation, the results obtained (with liquids whose composition is known) are finally compared to those obtained with wastewater from sewage treatment plants to better understand the factors that can alter the oxygen mass transfer

Le futur système de transmission multicanaux (WDM) pourrait mettre à profit l'utilisation d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA), pour bénéficier notamment de leur grande bande passante optique pour l'amplification du signal. Dans ce travail, nous étudions l'influence des SOA sur la transmission cohérente de signaux OFDM optiques (CO OFDM). Cette technique, récemment proposée, permet à la fois d'augmenter l'efficacité spectrale de la transmission et de compenser les imperfections linéaires du canal optique. Nous avons développé, dans ce travail, une chaîne expérimentale de transmission de signaux à formats de modulation complexes tout-optiques et une plateforme de simulation au niveau système. Les résultats obtenus par simulation, au niveau composant et au niveau système, sont en très bon accord avec ceux obtenus par les mesures expérimentales à la fois pour des formats de modulation QPSK et QPSK CO-OFDM. À travers différentes mesures et simulations, l'étude a permis de cerner clairement l'influence des paramètres du SOA sur la qualité de transmission des données. Les non-linéarités induites par le SOA, telles que le couplage phase amplitude, l'auto modulation du gain et de la phase (SGM et SPM), la modulation croisée du gain et de la phase (XGM et XPM) et le mélange à quatre ondes (FWM), jouent de façon importante sur les performances de ce format de modulation multi-porteuses ; leur influence a donc été analysée avec précision. Les connaissances acquises permettront à l'avenir d'une part de mieux définir les conditions d'utilisation des SOA dans les réseaux de transmission et d'autre part aideront à l'optimisation de nouvelles structures de SOA conçues pour la transmission de données à très haut débit utilisant des formats de modulation complexes.

Le futur système de transmission multicanaux (WDM) pourrait mettre à profit l'utilisation d'amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA), pour bénéficier notamment de leur grande bande passante optique pour l'amplification du signal. Dans ce travail, nous étudions l’influence des SOA sur la transmission cohérente de signaux OFDM optiques (CO OFDM). Cette technique, récemment proposée, permet à la fois d’augmenter l'efficacité spectrale de la transmission et de compenser les imperfections linéaires du canal optique. Nous avons développé, dans ce travail, une chaîne expérimentale de transmission de signaux à formats de modulation complexes tout-optiques et une plateforme de simulation au niveau système. Les résultats obtenus par simulation, au niveau composant et au niveau système, sont en très bon accord avec ceux obtenus par les mesures expérimentales à la fois pour des formats de modulation QPSK et QPSK CO-OFDM. À travers différentes mesures et simulations, l’étude a permis de cerner clairement l’influence des paramètres du SOA sur la qualité de transmission des données. Les non-linéarités induites par le SOA, telles que le couplage phase amplitude, l’auto modulation du gain et de la phase (SGM et SPM), la modulation croisée du gain et de la phase (XGM et XPM) et le mélange à quatre ondes (FWM), jouent de façon importante sur les performances de ce format de modulation multi-porteuses ; leur influence a donc été analysée avec précision. Les connaissances acquises permettront à l’avenir d’une part de mieux définir les conditions d’utilisation des SOA dans les réseaux de transmission et d’autre part aideront à l’optimisation de nouvelles structures de SOA conçues pour la transmission de données à très haut débit utilisant des formats de modulation complexes. / Future wavelength division multiplexing (WDM) systems might take advantage from the use of semiconductor optical amplifiers (SOA), especially to benefit from their large optical bandwidth for signal amplification. In this work, we study the influence of SOAs on the coherent optical-OFDM (CO OFDM) transmission system. This recently proposed technique allows both to increase the spectral efficiency of the transmission and to compensate the linear imperfections of the optical channel. In this work, we have developed an experimental setup for signal transmission operating with advanced optical modulation formats and a system level simulation platform. Simulation results, both at the component level and at the system level, are in very good agreement with those obtained from experimental measurements in the case of both QPSK and QPSK CO-OFDM signals. The study has clearly identified, through various measurements and simulations, the influence of SOA parameters on the quality of data transmission. Nonlinearities induced by the SOA, such as phase-amplitude coupling, self gain and phase modulation (SGM and SPM), cross gain and phase modulation (XGM and XPM) and the four-wave mixing (FWM) affect the performances of this multicarrier modulation format. Their influence is studied very precisely in this work. This acquired knowledge will allow, on the one hand, better defining the conditions of use of SOAs in the transmission networks and, on the other hand, helping to optimize new structures of SOA designed for very high bit rate data transmissions using complex modulation formats.