Several aesthetic, health, and plumbing quality issues can arise during new construction or renovation of premise plumbing. There has been little research done on many of these concerns and therefore few guidelines or regulations are in place to protect the health of the consumer or the integrity of the plumbing infrastructure. This work examines common construction practices including: 1) effect of residual construction debris, 2) shock chlorination of new plumbing lines, and 3) lead leaching propensity of new brass ball valves. During installation of plumbing systems, residual chemicals and debris including copper brass particles and flux, can be left in plumbing lines following construction and installation. This debris is considered undesirable from health, aesthetic, and corrosion perspectives. Soldering flux is of particular concern due to its corrosive nature. Experiments were conducted to determine the effects of residual solder flux, PVC glue, and metallic debris and to quantify flushing velocities and durations to effectively remove them from a new plumbing system. A flushing velocity of 3 fps for 30 minutes is needed to remove water soluble flux, while petroleum based flux still persists after extensive flushing at 7 fps. Currently a practice known as shock chlorination, whereby super chlorinated water is used for disinfection, is used in water mains after installation or repair as specified in the ANSI/AWWA C651 Standard. This practice is now starting to be required by some building codes in premise plumbing for new construction. Water mains are typically made of concrete where as premise plumbing using copper or PVC piping. Copper pipe is susceptible to attack by high chlorine, and this reaction will also remove the chlorine residual. There is concern about potential damage to copper from free chlorine and that in some systems targeted residuals of chlorine might not be obtained. Experiments did not detect serious damage to copper pipe, but in some waters it was not possible to meet targeted residual levels of chlorine. The addition of orthophosphate corrosion inhibitor or adjustment of pH can sometimes reduce the chlorine decay rate. Extremely high and persistent lead leaching in a brand new building at the University of North Carolina (UNC) traced to leaded bronze ball valves, prompted an extensive forensic evaluation how existing standards (National Sanitation Foundation Section 8) could allow for installation of products that could create a human health hazard due to high lead. Diffusion of lead from within the device to water in the pipe, high velocity, microbial activity and other factors caused more leaching in practice than would be expected based on NSF testing and normalization factors applied to certify a valve as safe. Moreover, use of flux during soldering of joints, increased lead leaching by orders of magnitude relative to results of NSF testing without flux. / Master of Science

Artificial Neural Networks (ANNs) have proved to be useful in approximating non- linear systems in many applications including motion control. ANNs advocated in switched reluctance motor (SRM) control typically have a large number of neurons and several layers which impedes their real time implementation in embedded sys- tems. Real time estimation at high speeds using these ANNs is diffcult due to the high number of operations required to process the ANN controller. An insuffcient availability of time between two sampling intervals limits the available computation time for both processing the neural net and the other functions required for the motor drive. One ideal application of ANNs in SRM control is rotor position estimation. Due to reliability issues, elimination of the rotor position sensors is absolutely required for high volume, high speed and low cost applications of SRM's. ANNs provide a means by which drive designers can implement position sensorless drive technology that is both robust and easily implemented. It is demonstrated that a new and novel ANN configuration can be implemented for accurate rotor position estimation in a sensorless SRM drive. Consisting of just 4 neurons, the neural estimator is the smallest of its kind for SRM rotor position estimation. The breakthrough that provided the reduction was the addition of a non- linear input. Typical input spaces for SRM position neural estimators consist of both current,and fux-linkage. The neural network was trained on-line using these inputs and a third, non-linear input provided by a preprocessed product of the two typical inputs. / Master of Science

No / A 2D finite element model of frictional heating in a pad-disc brake system is proposed for analyzing the heat partition and heat flux at the pad/disc interface during braking. And further find out how long the model can reach a thermal stable situation. The temperature on the friction surfaces of automotive brake is an influential factor of the brake performance. A formulation of friction heat generation during braking with constant velocity is presented, and the effects of thermal contact resistance on a contact surface are simulated by ABAQUS with different thermal contact conductance/clearance settings. The heat partition at contact surface with different time instants are analyzed. Results show that the heat partition along the interface is affected by the interface contact pressure and the thermal contact conductance. Additionally, results based upon the proposed model show that at normal thermal contact conductance conditions, typically 104 W/m2K for friction brake applications, the heat partition and the interface temperature become sensitive to the interface pressure variation, in comparison with that under ideal high thermal contact conductance condition (or low thermal contact resistance condition), typically 106 W/m2K. The comparison between results from simulations with different interface thermal conductance values indicate the parameters are sensitive in normal thermal conductance applications and how thermal conductance affect brake performance. And it is worthy to try control interface thermal conductance by using different pad/disc materials to make interface thermal conductance at a proper value.

Il est crucial de modéliser avec précision les interactions entre les eaux de surface et l'atmosphère dans les modèles météorologiques et climatiques, étant donné la nature contrastée de leurs propriétés avec les milieux terrestres adjacents. En région froide, la dynamique des interactions lac-atmosphère est considérablement perturbée en présence d'un couvert de glace, entraînant des changements substantiels dans l'albédo, la rugosité de surface et les échanges de chaleur par rapport aux périodes d'eau libre. La modélisation des flux de chaleur en surface ainsi que l'apparition et la disparition du couvert de glace restent un défi, car les observations directes et mesures *in situ* pendant l'hiver disponibles pour la validation sont rares, en particulier aux hautes latitudes. L'objectif principal de cette étude est de mener une évaluation détaillée du Canadian Small Lake Model (CSLM), un modèle de lac dynamique unidimensionnel dans deux plans d'eau boréaux distincts. Pour ce faire, deux objectifs ont été définis: 1) valider la capacité du CSLM à reproduire le bilan d'énergie en surface et la stratification thermique d'un réservoir hydroélectrique subarctique dans l'est du Canada; 2) valider la capacité du CSLM à simuler la dynamique de glace ainsi que le régime thermique d'un petit lac boréal. Dans un premier temps, le CSLM a été évalué à l'aide d'observations directes pluriannuelles des flux de chaleur turbulents recueillies sur et autour du réservoir hydroélectrique de 85 km² de la Romaine-2 (50,7°N; 63,2°O) par deux tours à flux : l'une fonctionnant toute l'année sur la berge et l'autre sur un radeau pendant les conditions d'absence de glace. Le CSLM, qui simule le régime thermique de la masse d'eau, y compris la formation de glace et la physique de la neige, est exécuté en mode hors ligne et forcé par des observations météorologiques locales du 25 juin 2018 au 8 juin 2021. Les comparaisons entre les observations et les simulations confirment que le modèle CSLM peut raisonnablement reproduire les flux de chaleur turbulents et le comportement de la température du réservoir, malgré la nature unidimensionnelle du modèle qui néglige les entrées et sorties d'énergie associées aux opérations du réservoir. La meilleure performance est obtenue au cours des premiers mois suivant la fonte de glace (erreur moyenne = −0.3 W m⁻² et erreur moyenne = −2.7 W m⁻² pour les flux de chaleur latente et sensible). Le modèle est trop sensible aux vents forts, ce qui conduit à des erreurs dans l'estimation de la température de l'eau et, finalement, à un gel précoce. Le modèle surestime l'évaporation annuelle mesurée, corrigée de l'absence de clôture du bilan d'énergie, de 5 % et 16 % en 2019 et 2020. Le deuxième objectif consiste à piloter le CSLM en mode hors ligne par des observations météorologiques locales sur le lac Piché, d'une superficie de 0,15 km² et d'une profondeur de 3 m (47,32°N ; 71,15°O), du 25 octobre 2019 au 20 juillet 2021. Les résultats du modèle ont été validés par les observations du profil vertival de température de l'eau ainsi que de les couverts de glace et de neige. Les comparaisons entre les observations et les simulations confirment que le CSLM est plutôt capable de reproduire l'épaisseur totale de la glace (erreur moyenne de 15 cm), néanmoins l'épaisseur de chacune des couches de glace présente des erreurs, une sous-estimation de la glace de congélation et une surestimation de la glace blanche. Le CSLM parvient à modéliser relativement bien l'épaisseur de neige (erreur moyenne = 5 cm). Cependant, il présente un biais moyen de la température de neige de −2°C et une sous-estimation de la masse volumique moyenne de la neige de 34 kg m⁻³. Les dates de gel et de dégel observées et modélisées sont très similaires. Dans l'ensemble, le modèle est capable de prédire la durée du couvert de glace avec une précision de 10 jours. Le CSLM reproduit avec succès la stratification saisonnière, la profondeur de la couche de mélange et les températures de l'eau en surface, mais il présente des divergences dans la simulation de la température de l'eau au fond du lac ainsi que de la stratification inverse pendant la période de glace. Dans l'ensemble, les résultats de cette thèse montrent le CSLM est un outil plutôt robuste pour reproduire les échanges d'eau et d'énergie entre la surface terrestre et l'atmosphère. Certaines zones d'amélioration sont ciblées, notamment le besoin d'investiguer les apports latéraux d'énergie lorsque le système simulé est un réservoir et le recours à une modélisation plus détaillée du couvert de neige sur les lacs. / Accurately modeling the interactions between inland water bodies and the atmosphere in meteorological and climate models is crucial, given the marked differences with surrounding landmasses. In cold regions, the dynamics of lake-atmosphere interactions are significantly disrupted during ice-covered months, inducing substantial changes in albedo, surface roughness, and heat exchanges relative to ice-free periods. Modeling surface heat fluxes and the appearance and disappearance of the ice cover remains challenging because direct observations and *in situ* winter observations available for validation are rare, especially at high latitudes. The main objective of this study is to conduct a detailed evaluation of the Canadian Small Lake Model (CSLM), a one-dimensional mixed-layer dynamic lake model in two distinct boreal water bodies. To achieve this goal, two main objectives were defined: 1) validation of the capacity of the CSLM to reproduce the surface energy balance and thermal stratification of a subarctic hydroelectric reservoir in eastern Canada, and 2) validation of the capacity of the CSLM to simulate the ice dynamics and thermal regime of a small boreal lake. Initially, the CSLM was evaluated using multi-year direct observations of turbulent heat fluxes collected on and around the 85 km² Romaine-2 hydroelectric reservoir (50.7°N; 63.2°O) by two flux towers: one operating year-round on the shore and one on a raft during ice-free conditions. The CSLM is run in offline mode and forced by local weather observations from 25 June 2018 to 8 June 2021. Comparisons between observations and simulations confirm that CSLM can reasonably reproduce the turbulent heat fluxes and the temperature behavior of the reservoir despite the one-dimensional nature of the model, which neglects energy inputs and outputs associated with reservoir operations. The best performance is achieved during the first few months after the ice break-up (mean error= −0.3 W m⁻² and mean error= −2.7 W m⁻² for latent and sensible heat fluxes). The model overreacts to strong wind events, leading to subsequent poor water temperature estimates and an early freeze-up. The model overestimated the measured annual evaporation corrected for the lack of energy balance closure by 5% and 16% in 2019 and 2020. The second objective is to drive the CSLM in offline mode by local weather observations, which is run on Lake Piché, 0.15 km² and 3 m deep (47.32°N; 71.15°W) from 25 October 2019 to 20 July 2021 and compared to observations of the temperature profile and ice and snow cover properties. Comparisons between observations and simulations confirm that the CSLM is able to reproduce the total ice thickness (average error of 15 cm) but not the ice type-specific thickness, underestimating clear ice and overestimating snow-ice. CSLM manages to model snow depth relatively well (mean bias of 5 cm). However, it has an average warm bias of 2°C and an underestimation of average snow density of 34 kg m⁻³. Observed and model freeze-up and break-up dates are very similar. Overall, the model is able to predict the longevity of the ice cover to within 14 days. CSLM successfully reproduces seasonal stratification, the mixed layer depth, and surface water temperatures, while it shows discrepancies in simulating bottom waters, especially during the open water period. Overall, the results of this thesis show the CSLM to be a fairly robust tool for reproducing water and energy exchanges between the land surface and the atmosphere. Some areas for improvement are identified, notably, the need to investigate lateral energy inputs when the simulated system is a reservoir and the use of more detailed lake snow cover modeling.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère reconnu comme généralement sécuritaire (GRAS) et son utilisation est très répandue dans plusieurs domaines, dont celui de la pharmaceutique. Ce polymère peut être conjugué à des protéines ou des vecteurs pharmaceutiques transportant des médicaments afin de prolonger le temps de circulation dans l'organisme. Bien que le PEG ait été considéré comme non immunogène, des études récentes montrent qu'environ 20 à 70 % de la population possèdent des anticorps capables de reconnaitre le polymère. Par un effet neutralisant, ces anticorps anti-PEG pourraient réduire l'efficacité et le temps de circulation de certains médicaments PEGylées. Ces travaux s'intéressent à comprendre les mécanismes derrière la réponse immunitaire anti-PEG des vecteurs pharmaceutiques et plus particulièrement des nanoparticules de polymère composé de PLGA-PEG. Notre hypothèse est que ces nanoparticules de polymère causent la production d'anticorps anti-PEG initier à l'aide de la cascade du complément. Lors de ces travaux, des anticorps anti-PEG étaient mesurés après sept jours, peu importe la voie d'administration des nanoparticules. L'isotype des anticorps dirigés contre le PEG mesuré est majoritairement des IgM. Les anticorps anti-PEG en circulation réduisent le temps de circulation de différentes architectures PEGylées, dont les nanoparticules et les liposomes. La présence des anticorps IgM anti-PEG altère les protéines retrouvées à la surface des nanoparticules. Des souris splénectomisées ont été utilisées dans plusieurs expériences afin d'investiguer le rôle de la rate dans la production des anticorps anti-PEG après l'administration de nanoparticules. Chez les souris qui ne possédaient pas de rate, la production des anticorps anti-PEG était abrogée lorsque les nanoparticules étaient administrées par voie intraveineuse. Par voie d'injection sous-cutanée, une petite quantité d'anticorps anti-PEG était mesurée après sept jours dans le plasma des souris splénectomisées. Ensuite, deux modèles de souris avec une cascade du complément abrogé (CVF) ou absence (C3[exposant -/-]) ont été utilisés pour investiguer le rôle de la cascade du complément sur la production des anticorps anti-PEG. La cascade du complément semble impliquée dans la production des anticorps anti-PEG lorsque les nanoparticules sont administrées par voie intraveineuse. Lors d'une injection sous-cutanée des nanoparticules, la concentration IgM anti-PEG mesurée après 7 jours est similaire entre le groupe témoin et le groupe ne possédant pas de cascade du complément active. Finalement, des études en cytométrie en Flux avec des nanoparticules fluorescente administrée à des souris avec et sans complément nous ont permis d'identifier l'importance des protéines du complément sur l'interaction entre les cellules immunitaires et les nanoparticules. Les protéines du complément à la surface des nanoparticules semblent favoriser leur interaction avec les lymphocytes B splénique. Les protéines du complément ne semblent pas changer l'interaction des nanoparticules avec les cellules B des ganglions lymphatiques après une administration sous-cutanée. Ces résultats suggèrent que le différent mécanisme est impliqué lors de la production des anticorps anti-PEG, selon la route d'administration des nanoparticules. Des études supplémentaires sont requises pour comprendre les effets de ces anticorps anti-PEG en clinique. / Polyethylene glycol (PEG) is a polymer recognized as generally safe (GRAS) and its use is widespread in several fields. This polymer can be conjugated to proteins or pharmaceutical carriers carrying drugs to prolong circulation time in the body. Although PEG has been considered as non-immunogenic, recent studies show that approximately 20-70% of the population have antibodies that can recognize the polymer. Through a neutralizing effect, these anti-PEG antibodies could reduce the effectiveness and circulation time of certain PEGylated drugs. This work focuses on understanding the mechanisms behind the anti-PEG immune response of pharmaceutical vectors and more particularly of polymer nanoparticles composed of PLGA-PEG. Our hypothesis is that these polymer nanoparticles cause the production of anti-PEG antibodies to initiate with the help of the complement cascade. During this work, anti-PEG antibodies were measured after 7 days, regardless of the route of administration of the nanoparticles. The isotype of the antibodies directed against the PEG was IgM. Anti-PEG antibodies in circulation reduce the circulation time of different PEGylated architectures including nanoparticles and liposomes. The presence of anti-PEG IgM antibodies alters the proteins found on the surface of the nanoparticles. In addition, anti-PEG antibodies promote the activation of the complement cascade which helps eliminate subsequent doses of nanoparticles. Splenectomized mice have been used in several experiments to investigate the role of the spleen in the production of anti-PEG antibodies after the administration of nanoparticles. In mice without a spleen, the production of anti-PEG antibodies was abrogated when the nanoparticles were administered intravenously. By subcutaneous injection, a small quantity of anti-PEG antibodies were measured after seven days in the plasma of splenectomized mice. Two mouse models with an abrogated complement cascade (CVF) or absence (C3[superscript -/-]) were used to investigate the role of the complement cascade on the production of anti-PEG antibodies. The complement cascade seems to be involved in the production of anti-PEG antibodies when the nanoparticles are administered intravenously. During a subcutaneous injection of the nanoparticles, the anti-PEG IgM concentration measured after 7 days is similar between the control group and the group without an active complement cascade. Finally, Flow cytometry studies with fluorescent nanoparticles administered to mice with and without complement allowed us to identify the importance of complement proteins on the interaction between immune cells and nanoparticles. Complement proteins on the surface of the nanoparticles appear to promote their interaction with splenic B lymphocytes. The complement deposited on the nanoparticles does not appear to direct their interaction with the B cells of the lymph nodes after subcutaneous administration. These results suggest that different mechanisms are involved in the production of anti-PEG antibodies, depending on the route of administration of the nanoparticles. Further studies are required to understand the effects of these anti-PEG antibodies in the clinic.

En faisant l’adaptation d’un modèle numérique récemment développé à l’Université Laval, il a été possible d’évaluer le flux thermique à travers une fondation construite dans différents sols typiques. L’étude consiste en une analyse numérique de transfert thermique incluant la conduction, la convection, le transfert de vapeur et le changement de phase dans des conditions hydrostatique pour des conditions de fondations et de sols représentatives. La comparaison des modèles incluant différents modes de transfert thermique ne montre pas de différence significative à l’exception du modèle incluant le changement de phase. Les résultats montrent une augmentation du flux thermique d’environ 0,5 W/m2 au maximum provoqué par le changement de phase. Ce travail comprend également la comparaison des déperditions thermiques dans l’argile, le sable et le silt.

Les zones côtières sont des milieux privilégiés pour l’ostréiculture. L’espèce la plus cultivée au monde est l’huître creuse Crassostrea gigas, qui a été introduite dans de nombreux pays à des fins d’exploitation et qui, lorsqu’elle trouve des conditions climatiques favorables dans son nouveau milieu, se développe naturellement, en constituant des récifs. Dans le Bassin d’Arcachon, l’huître existe ainsi sous deux formes, cultivée et sauvage. La forme récifale est une structure tridimensionnelle complexe (huîtres agglomérées, au contact du sédiment, plusieurs classes d’âge présentes), alors que les huîtres cultivées sont placées en sur-élévation dans des poches ostréicoles (spécimens isolés, classe d’âge unique). L’effet respectif de ces deux configurations a été étudié selon trois approches : (1) comparaison de la dynamique des deux types de population d’huîtres (croissance, reproduction, composition biochimique), (2) effet de l’activité alimentaire sur les proies accessibles dans le milieu et les flux particulaires associés, et (3) effets des huîtres sur le sédiment et les communautés benthiques. Les deux années d’échantillonnage ont été marquées par un retard de la ponte (année 1) et un défaut de croissance (année 2) des huîtres, qui ont été rapprochées d’un déficit thermique en période estivale (année 1) et d’une disponibilité alimentaire plus faible au printemps (année 2) ; les cycles de reproduction sont apparus en léger décalage entre huîtres cultivées et sauvages. Une expérimentation in situ en tunnels benthiques à trois périodes de l’année a permis de quantifier les flux de matière et la consommation de nutriments et d’espèces planctoniques par les deux populations d’huître durant un cycle de marée. Le sédiment à proximité des huîtres est enrichi en particules fines et en matière organique, par suite de modifications locales de l’hydrodynamisme et de la production de fèces par les huîtres. Il en résulte une modification de la structure des peuplements de l’endofaune benthique. Les récifs d’huîtres sauvages constituent un nouvel habitat de substrat dur dans le Bassin d’Arcachon où n’existent naturellement que des habitats sédimentaires ; ils supportent une épifaune à fortes biomasse et diversité, qui accroît la biodiversité locale. / Coastal areas are favourable environments for oyster farming. The most commonly farmed species in the world is the cupped oyster Crassostrea gigas, which was introduced in many countries for aquaculture purposes. When it finds suitable climatic conditions in its new environment, the species develops naturally, thereby creating oyster reefs. In Arcachon Bay (SW France), the cupped oyster develops as both farmed and feral populations. Oyster reefs are complex tridimensional structures (agglomerated oysters, in contact with the sediment, populations with many any classes), while farmed oysters are cultivated off-bottom in plastic bags (isolated oysters, populations with a single age class). The respective effects of these two oyster configurations were studied according to three research axes: (1) a comparison of the dynamics of farmed and wild oyster populations, in terms of growth, reproduction, and biochemical composition; (2) the effect of oyster feeding on accessible preys and the associated particulate fluxes; and (3) the effects of oysters on the sediment and benthic communities. The two years of study were characterized by a delay in the spawning periods (year 1) and an unusually low growth rate (year 2) in oysters, which were related to low summer water temperatures (year 1) and a low food availability in spring (year 2); reproduction cycles also appeared slightly shifted between farmed and wild oysters. An in situ experiment with benthic tunnels at three periods of the year was designed to quantify the flux of matter and the consumption of nutrients and planktonic species by the two oyster populations during a tidal cycle. Sediment in the vicinity of oysters contained more fine particles and organic matter, due to changes in local hydrodynamism and oyster production of faeces. These sedimentary changes modified the structure of benthic infaunal assemblages. Oyster reefs form a new habitat of hard substrate in Arcachon Bay, where only sedimentary habitats naturally occur; they have an epifauna with high biomass and diversity, that increases the local biodiversity.

Dans la recherche de nouveaux matériaux piézoélectriques pour capteurs haute température (T > 600°C), nous nous sommes intéressés au matériau α-GeO2 dont le domaine de stabilité structurale en température et l'activité piézoélectrique seraient les plus importants parmi les composés isotypes du quartz-α. La littérature rapporte quelques limitations de ces deux propriétés dans le cas de monocristaux de α-GeO2 provenant de synthèses sous pression en milieu aqueux dues notamment à la présence de groupements hydroxyles au sein de la structure. Afin de remédier à cette contamination, une autre voie de croissance a été appliquée à GeO2 ; la méthode du flux par nucléation spontanée et à partir d'un germe monocristallin. Pour faciliter la croissance de la phase quartz-α de GeO2, métastable dans les conditions ambiantes, nous avons envisagé de substituer une faible partie des cations Ge4+ par des cations Si4+ (environ 10 % atomique). Après optimisation des différents paramètres expérimentaux, les cristaux synthétisés lors de ce travail ont été analysés par plusieurs techniques de caractérisation complémentaires (spectroscopies infrarouge et Raman, analyse E.D.X., D.R.X sur monocristal et sur poudre et D.S.C.) qui ont démontré leur excellente qualité cristalline, l'absence de contamination chimique (dans la limite de détection des techniques de caractérisation) et l'absence de transition de phase de la structure quartz-α, de la température ambiante à la fusion de ces matériaux (proche de 1100°C). L'approche de l'activité piézoélectrique de α-GeO2 en fonction de la température a été réalisée via l'étude de ses propriétés électromécaniques par spectroscopie d'impédance et spectroscopie Brillouin. Nous avons ainsi démontré que le matériau de structure quartz-α de GeO2 résonnait à très haute température (≈ 900°C) avec cependant une intensité diminuée par rapport à celle enregistrée à température ambiante. / In the research of new piezoelectric materials for high temperature sensors (T > 600°C), we have been interested in α-GeO2 material which would exhibit the most important piezoelectric activity and structural stability domain with temperature among the α-quartz isotype compounds. Some limitations are described in the literature concerning those two properties in the case of hydrothermally-grown α-GeO2 single crystals mainly due to the presence of hydroxyl groups in their structure. To prevent this contamination, another growth approach was applied to GeO2: flux-growth method by spontaneous nucleation and from a crystalline seed. To facilitate the growth of the α-quartz phase of GeO2, metastable in ambient conditions, we have thought to substitute a part of Ge4+ cations by Si4+ cations (around 10 atomic per cent). After optimization of the different experimental parameters, flux-grown single-crystals were analyzed by several complementary characterization techniques (infrared and Raman spectroscopies, E.D.X. analyses, single-crystal and powder X-R.D. and D.S.C.) which have demonstrated their excellent crystalline quality, the absence of chemical contamination (inside the detection limit of characterization techniques) and the absence of phase transition of the α-quartz structure, from ambient temperature to the fusion of those materials (around 1100°C). The observation of piezoelectric activity of α-GeO2 as a function of temperature was realized from the study of its electromechanical properties by impedance spectroscopy and Brillouin spectroscopy. By these means, we have demonstrated that the α-quartz structure of GeO2 still resonate at very high temperature (≈ 900°C) with a weaker intensity compared to that recorded at ambient temperature.

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.

A Météo France, le modèle opérationnel AROME a une résolution horizontale de 2,5 km. L'augmentation des moyens de calcul permettra au prochain modèle opérationnel de tourner à des résolutions de l'ordre ou inférieures au kilomètre. Il entrera donc dans une gamme de résolution appelée zone grise de la turbulence. A ces échelles, les plus grandes structures turbulentes, qui étaient jusqu'alors entièrement sous-maille, devraient être en partie résolues. Cette thèse a permis de définir ce que les modèles devaient obtenir aux échelles kilométriques et sub-kilométriques, c'est-à-dire les parts sous-maille et résolue de référence de la turbulence dans la zone grise. Ces références ont été établies dans le cas de couches limites convectives en convection libre ou forcée, nuageuse ou non. Elles permettent de prouver qu'à hauteur de couche limite égale, les thermiques sont plus larges dans les couches surmontées de nuages. Elles indiquent surtout que, quelle que soit la configuration, les paramétrisations actuelles ne sont pas capables de reproduire la zone grise. Ces échelles demandent donc de développer une nouvelle paramétrisation de la turbulence. La représentation de la turbulence non locale est la part qu'il faut faire évoluer. Nous avons donc pris le parti de modifier le schéma de thermique en flux de masse. Pour étudier les structures cohérentes sous-maille de couche limite, nous avons créé une analyse conditionnelle permettant de circonscrire la part de thermique qui influence le schéma sous-maille en fonction de la résolution. Cet outil nous a permis de définir les caractéristiques des thermiques sous-maille dans la zone grise, mais également de vérifier à micro-échelle les hypothèses de méso-échelle des schémas en flux de masse. Nous avons démontré que toutes les hypothèses ne sont pas valables. Finalement nous avons établi le système d'équations d'un schéma en flux de masse qui fonctionne aux échelles kilométriques. / The turbulence is well-represented on grid coarser than 2 km. Indeed, in meso-scale models, the turbulence is entirely sub-grid. The turbulence is also well-represented at very high resolution (10 to 100 m) by LES models for which turbulence is mainly resolved. However we do not know which part of the turbulence should be resolved and which part of it should be parameterized when a model runs at kilometric scales, the so-called “Terra Incognita“ from Wyngaard (2004). Thanks to increasing computational resources, in a near future, limited area NWP models will reach grid spacings on the order of 1 km or even 500 m. The aim of this study is to develop a parameterization which will provide adequate turbulence to these new-generation, high-resolution models. At first, this study describes a new diagnostic based on LES, which clarifies which part of turbulence should be parameterized at kilometric scales. This reference called “partial similarity function“ is a precious tool to quantify the error made by atmospheric models when running at kilometric scales. These errors are quantified for a state-of-the-art meso-scale model (Méso-NH) with several turbulence mixing options : different mixing lengths, different dimensionalities, a K-gradient scheme or an EDMF approach (K-gradient with a mass-flux scheme). K-gradient turbulence schemes are unable to reproduce the counter-gradient zone. In the grey-zone, this characteristic has a disastrous effect. As the instability is too large, the boundary layer is mixed by the dynamic of the model and the resolved mixing is too strong. The counter-gradient zone can be reproduced by adding a mass-flux scheme to the K-gradient turbulence scheme (Pergaud et al. (2009)). However the mass-flux scheme in its original form only produces wholly subgrid thermals at a grid size for which boundary-layer thermals should be partly resolved. In this case, the subgrid mixing is too strong. So the question arises as what is a subgrid thermal in the “grey zone“, when the mesh contains one thermal at the most and a part of the thermal has to be resolved by the advection scheme of the model. A conditional sampling is defined in order to detect the subgrid part of the thermals. It allows to determine the characteristics of the subgrid thermals in the “grey zone“ and to find out which assumptions of the mass-flux schemes are not verified. In the light of this study, the mass-flux scheme equations are established by taking the thermal fraction and the resolved vertical velocity into account. Finally, the system of equations is closed. The new parameterization is valid in the grey zone.