Ce travail de thèse a porté sur la synthèse et la caractérisation de films minces de silice mésoporeuse. La synthèse de ces matériaux est basée sur l'auto-organisation de tensioactifs qui permettent de structurer à l'échelle nanométrique un squelette, constitué ici d'un gel de silice.<br />Les paramètres pertinents influençant la structuration des films minces ont été appréhendés. En particulier, des études in situ par réflectivité des rayons X et par Diffusion en incidence rasante des rayons X (Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering, GISAXS), ont permis de mettre en évidence le rôle prédominant de l'humidité relative. Des protocoles d'extraction par rinçage à l'éthanol ont été établis pour dégager efficacement les structures mésoporeuses sans les écraser.<br />Une méthode d'analyse de la porosité des films minces a ensuite été développée. Cette méthode est basée sur l'analyse quantitative des courbes de réflectivité par la méthode matricielle. Complémentée par l'analyse des clichés GISAXS, elle nous a permis de déterminer sur couche mince non seulement la porosité, la taille des pores et des murs mais aussi la surface spécifique et la distorsion des pores.<br />Les pores de ces films mésoporeux ont une dimension idéale pour y parfaire l'étude de la condensation capillaire de l'eau. Quand l'eau pénètre dans les pores, le contraste de densité électronique décroît fortement. Ainsi, les techniques de diffusion des rayons X (réflectivité et GISAXS) permettent de suivre les isothermes de condensation et de désorption de l'eau dans les pores. La distribution de taille des pores peut alors être obtenue. Les isothermes d'adsorption d'eau ont permis également d'estimer la porosité, mais aussi d'appréhender par le biais de l'équation de Laplace, les propriétés mécaniques des films en accédant à leur module d'Young. <br />Finalement nous avons conclu cette thèse par l'étude de la fonctionnalisation des films par divers groupements fonctionnels localisés à la surface des mésopores, dans l'optique de modifier leur hydrophilicité ou leur réactivité chimique.

Les constructions traditionnelles en bois en France et à Madagascar témoignent de l'utilisation ancienne d'abondantes ressources forestières locales. Le bois peut être considéré comme un matériau naturel et renouvelable dans la mesure où les ressources forestières sont gérées durablement. L'utilisation du bois dans la construction contribue largement à la maîtrise du cycle du carbone atmosphérique et à la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Ce travail présente les principales caractéristiques physiques du matériau bois et des systèmes constructifs associés, montrant l'importance et l'influence du revêtement en bois sur l'environnement intérieur des habitations. La caractérisation des phénomènes hygrothermiques à l'échelle de la pièce d'habitation a été détaillée : présence d'eau dans le bois, comportement de l'équilibre hygroscopique, transfert thermique et transfert de masse, les paramètres physiques du bois et d'une ambiance intérieure. Enfin, ce travail apporte des connaissances sur l'évaluation des interactions entre le confort thermique, l'ambiance intérieure et le revêtement en bois, grâce à des campagnes de mesure in situ, à des mesures en laboratoire et à des modélisations de scénarios numériques.

La Réaction Sulfatique Interne (RSI) est une pathologie du béton pouvant affecter les matériaux soumis à un échauffement au-delà de 65°C. Elle consiste en une formation d'ettringite dans le matériau durci et conduit à son gonflement. Il s'en suit une fissuration et une dégradation des performances mécaniques pouvant poser des problèmes d'intégrité structurelle à l'instar de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) à laquelle elle est fréquemment couplée in situ. Lorsqu'un ouvrage est atteint, il convient de poser un diagnostic, évaluer son aptitude au service, prédire son évolution et mettre en uvre des méthodes de réparation. Ceci nécessite une compréhension fine des effets de la RSI à l'échelle microscopique et à l'échelle de l'ouvrage. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont été menées pour déterminer les mécanismes mis en uvre et les paramètres influençant la RSI. Toutefois, la complexité des phénomènes rend délicate la transposition de ces connaissances à l'échelle de la structure. Les approches macroscopiques semblent donc plus adaptées à ce type de problème. Pour mettre au point ces approches, il est nécessaire de comprendre en détail les effets de la pathologie à l'échelle du matériau et de la structure. Cette thèse décrit les résultats d'une étude de laboratoire basée sur des essais sur éprouvettes pour caractériser les couplages entre les gonflements et l'humidité, la température et l'état de contraintes. Ces travaux ont également été l'occasion d'étudier les couplages entre RAG et RSI. En parallèle, des suivis dimensionnels et hydriques de poutres soumises à des conditions d'exposition à l'humidité contrôlées ont permis de constituer une base de données des effets structurels de la RSI. La confrontation de ces essais menés conjointement à l'échelle du matériau et de la structure fournit des données permettant de mettre au point des méthodes de re-calcul des ouvrages et de les valider en confrontant leurs prédictions aux résultats expérimentaux

Afin de favoriser la commercialisation à grande échelle des piles à combustible PEMFC, de nombreuses études sont menées dans le but de réduire les coûts et d'augmenter la durée de vie tout en améliorant les performances et de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu. Cette étude se concentre sur le développement de couches de diffusion pour un fonctionnement à faible humidité relative, en particulier sur l'influence de la structure du support de diffusion sur les performances. Grâce à un procédé de fabrication différent de ceux utilisés pour les produits actuellement commercialisés, la structure des supports est plus aisément modifiée. Ainsi, selon les paramètres de fabrication choisis, les propriétés physico-chimiques associées donnent accès à des niveaux de performances différents. Le modèle d'analyse mis en place permet d'expliquer ces différences observées. Par conséquent, il permet de relier les paramètres de fabrication aux propriétés physiques et aux performances en pile. / To help PEMFC development and large scale commercialization, several studies deal with reducing costs and increasing durability while trying to improve performances and to understand physical phenomena involved. This study focuses on developing gas diffusion media which operates at low relative humidity, more particularly it deals with the influence of the structure of gas diffusion media on performances. Thanks to a process different from those used for currently commercialized gas diffusion layers, the structure of the media is more easily modified. According to the manufacturing parameters chosen, different physical and chemical properties will be obtained and thus different performances. A model is used to help analyze these differences and consequently allow the link between manufacturing parameters and physical properties and performances.

Pour améliorer la prévision des crues dans les bassins versants torrentiels, les hydrologues doivent connaître les conditions initiales de l'état hydrique des sols précédant les événements pluvieux. La cartographie de l'humidité des sols, dont les variations sont principalement influencées par la topographie, la couverture végétale et l'hétérogénéité des propriétés des sols, constitue alors un outil précieux pour étudier les processus de formation des écoulements. Ce travail aborde la problématique de la spatialisation des variations spatio-temporelles de l'état hydrique des sols en utilisant la modélisation géostatistique et hydrologique appliquées au bassin versant expérimental marneux du Laval (0.86 km², ORE Draix-Bléone, France). Le suivi in situ des épisodes pluvieux de mai 2015 à novembre 2016 a permis de mettre en évidence une relation significative entre la teneur en eau des sols, la topographie et l'occupation de surface dans les badlands. Il a également permis de mieux appréhender la dynamique spatio-temporelle des variations de teneur en eau des versants à l'échelle saisonnière et événementielle, et de confirmer la majeure contribution aux écoulements de crue des horizons superficiels dénudés. Enfin, la modélisation hydrologique associée au traçage chimique et isotopique des eaux du bassin a apporté une amélioration de la compréhension de l'organisation spatiale de la réponse hydrologique du bassin à l'échelle événementielle. / Hydrologists need to know soil moisture antecedent conditions before rainfall events to improve floodforecasting in torrential catchments. Soil moisture mapping, whose variations are mainly influenced bytopography, vegetation cover, and heterogeneity of soil properties, is therefore a valuable tool to studyhydrological processes. This work adresses the issue of the spatio-temporal variations of soil water statusspatialization using geostatistical and hydrological modeling applied to the Laval marly experimental catchment(0.86 km², ORE Draix-Bléone, France). In situ monitoring of rainfall events from May 2015 to November 2016revealed a significant relationship between soil water content, topography and land cover in the badlands. Italso led to better assess soil water content spatio-temporal dynamics at the hillslope scale and the seasonaland event time scales. It confirmed the major contribution of bare areas to stream flows. Eventually, thehydrological modeling associated to the chemical and isotopic water tracing made it possible to better understand the spatial organization of the catchment hydrological response at the event scale.

La présente étude examine la variation de l’accumulation de la silice chez les graminées tropicales dans une perspective écologique et évolutive. La revue des travaux examinant l’étendue de la variation de la teneur en silice dans les graminées identifie trois groupes de facteurs influençant la silicification des graminées, notamment les facteurs génétiques (différence dans la capacité d’absorption racinaire, d’anatomie et de traits écophysiologiques foliaires), des facteurs endogènes (phénologie, organes végétaux) et les conditions de croissance. L’approche expérimentale a été orientée sur l’influence de certaines conditions de croissance sur la teneur en silice (défoliation, humidité, fertilité du substrat). Les résultats confirment l’influence de la défoliation et de la fertilité du substrat sur l’accumulation de la silice, mais soulignent bien la complexité de l’action de ces facteurs qui se traduit notamment par des différences de réponse entre espèces. Ces résultats suggèrent que les contradiction entre travaux publiés en ce qui concerne le caractère inductible ou non de l’accumulation de la silice sont dues pour partie à des interaction espèces*défoliation, et à une grande sensibilité des résultats aux conditions d’application de la défoliation. Les variations de la teneur en silice (intrinsèques et induites par les conditions de croissance) mises en relation avec les variations de traits structuraux et fonctionnels (surface foliaire spécifique, teneur en eau, anatomie foliaire, etc.) montrent des corrélations qui ne sont pas entièrement constantes au travers de tous les essais. Elles sont significativement positives avec les cendres solubles dans toutes les conditions de croissances examinées, mais négatives avec le carbone en condition de défoliation. Avec la teneur en eau, elles sont positives en conditions de défoliation, mais changent de signe en conditions de fertilisation phospho-azotée. Cette corrélation négative avec la teneur en eau est consistante à la fois dans les limbes et les gaines en comparaison interspécifique. Cette différence dans la structure des corrélations résulte à la fois des effets d’échantillonnage et l’étendue plus ou moins grande de la gamme des teneurs en silices balayées par les différentes espèces examinées. Pennisetum unisetum est la plus riche en silice et en sclérenchyme et qui pèse de façon disproportionnée dans l’analyse des corrélations. Les résultats n’apportent pas un soutien très clair à l’hypothèse selon laquelle la silice peut se substituer aux composés carbonés comme matériau de soutien. / The present study examines the variation of the silica accumulation of tropical grass species on the ecological and evolutionary point of view. The review of works examining the extent of the variation of the silica content in grasses identifies three groups of factors influencing the grass silicification, in particular the genetic factors (difference in the capacity of root absorption, anatomy and foliar ecophysiological features), endogenous factors (phenology, organs) and the growth conditions. The experimental approach focused the influence of certain conditions of growth on the silica content (defoliation, moisture, substrate fertility). The results confirm the influence of the defoliation and the substrate fertility on the silica accumulation, but underline well the complexity of the action of these factors which results in particular in differences in response between species. These results suggest that contradiction between published works with regard to the inducible character or not of the silica accumulation are due to some extent to the species*defoliation interaction, and a great sensitivity of the results to the conditions for application of defoliation. Variations of the silica content (intrinsic and induced by the growth conditions) relating to the variations of structural and functional characters (specific leaf area, water content, foliar anatomy, etc.) showed correlations which are not entirely constant through all the tests. They are significantly positive with soluble ashes under all the examined conditions, but negative with carbon in condition of defoliation. With the water content, they are positive in conditions of defoliation, but change sign in conditions of phospho-nitrogenized fertilization. This negative correlation with the water content is consistent at the same time in blades and sheaths in interspecific comparison. This difference in the structure of the correlations results at the same time from the effects of sampling and the more or less large extent of the range of the silica contents swept by the various examined species. Pennisetum unisetum is richest in silica and sclerenchyma and which weighs disproportionately in the analysis of correlations. The results do not give a very clear support for the assumption according to which silica can replace the carbonaceous compounds like material of support. / Doctorat en sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le satellite altimétrique interférométrique SWOT, dont le lancement est prévu pour 2020, devrait pour la première fois permettre une couverture globale en quelques jours d'un radar proche-nadir en utilisant la bande de fréquence Ka. Or, l'utilisation d'une telle bande de fréquence est encore mal documentée pour l'hydrologie continentale. En particulier, le contraste du coefficient de rétrodiffusion sur les sols et sur les surfaces en eau pour des angles de visée nadir et proche nadir est une problématique majeure. C'est ce qui fait l'objet de ces travaux de thèse. Dans un premier temps, l'étude de la variation des coefficients de rétrodiffusion en provenance d'altimètres en bandes C et Ku et de diffusiomètres utilisant les mêmes bandes de fréquence sur l'Afrique de l'Ouest a montré qu'il existe un lien quantifiable entre l'humidité du sol et le coefficient de rétrodiffusion. En région semi-aride ce lien se manifeste via une hausse des coefficients de rétrodiffusions durant la saison humide par rapport à la saison sèche. L'analyse avec des données annexes d'humidité du sol et de précipitations a pu également montrer que le radar nadir détecte plus précisément les changements d'humidité du sol par rapport à la diffusiométrie radar à visée latérale. Dans le but de mieux comprendre la rétrodiffusion en bande Ka, très peu documentée, deux campagnes de mesures radar ont été réalisées, l'une sur des surfaces en eau à rugosité contrôlée, l'autre sur un terrain contrôlé en rugosité et humidité du sol. En parallèle, un programme de simulation de la rétrodiffusion altimétrique a été développé pour pouvoir analyser les effets d'un faible nombre de variables sur des sols réalistes, dans le but de simuler les variations du coefficient de rétrodiffusion. Ces mesures et ces simulations ont ensuite pu être comparées aux séries temporelles issues du satellite altimétrique AltiKa, fonctionnant en bande Ka et lancé en février 2013, sur différents sites représentatifs des régions bio-climatiques d'Afrique de l'Ouest. Il en ressort que la bande Ka présente une forte sensibilité aux changements d'humidité du sol. Il est également montré que les coefficients de rétrodiffusion en provenance d'AltiKa sur les sols et sur l'eau peuvent être similaires au nadir. / The radar altimetry interferometry satellite SWOT, which is to be launched in 2020, should provide for the first time a global coverage of a close-to-nadir radar altimeter in a few days using the Ka-band. Yet, the use of such a frequency band for continental hydrology is still poorly documented. In particular, the contrast of the backscattering coefficient over soils and over water bodies for nadir and close-to-nadir angles is a major issue. This is the reason for this work. First, the study of the backscattering coefficients from C- and Ku- band altimeters and scatterometers over West Africa has shown that there is a link between the surface soil moistureand the backscattering coefficient. In semi-arid regions, this link is seen through a rise of the backscattering coefficients during the rainy season compared to the dry season. The analysis with ancillary data such as the surface soil moisture and the precipitation estimations has also shown that nadir-looking radars detect more precisely the changes in surface soil moisture compared to side-looking radars. Still with the purpose to better understand the Ka-band surface scattering, poorly documented, two measurement campaigns were led, on the one hand over water surface with controlled roughness, on the other hand over bare soils with monitored roughness and surface soil moisture. In parallel, an altimetry backscattering simulation program has been developed to analyze the effect of a low number of variables on realistic grounds, with the aim of simulating the backscattering coefficient variations. These measurements and simulations were then compared with time series from the satellite altimeter AltiKa, which has been launched in 2013 and works at Ka-band, over different sites representaing the bioclimatic areas of West Africa. It led to a high sensitivity of the Ka-band to changes in the surface soil moisture. It has also been shown that backscattering coefficients at nadir-looking angle from AltiKa over grounds and over water bodies can be similar.

Dans l’industrie, des systèmes de protection collectifs doivent être mis en œuvre pour protéger aussi bien les travailleurs que l’environnement. Des filtres à fibres sont généralement disposés dans les circuits de ventilation générale pour capter ces particules en suspension dans l’air. Les performances de ces media fibreux en termes d’efficacité de collecte et consommation énergétique sont relativement bien documentées lors de leur fonctionnement dans des conditions standards (humidité et température ambiantes). Cependant, peu d’études s’intéressent à l’interaction de l’humidité de l’air avec un dépôt composé de particules nanostructurées collectées par ces media filtrants et son incidence sur l’évolution de la perte de charge. Le travail de thèse a donc consisté dans un premier temps à la mesure d’isothermes de sorption de quatre poudres nanostructurées. Un modèle semi-prédictif d’adsorption-condensation basé sur le modèle GAB et la loi de Kelvin a ensuite été proposé. La seconde partie de l’étude a permis de décrire expérimentalement la variation de perte de charge et d’épaisseur d’un milieu poreux, formé par ces mêmes particules nanostructurées, pour différentes valeurs d’humidité. Grâce à la variation d’épaisseur du milieu déterminée par trigonométrie laser et au modèle d’adsorption-condensation, la porosité pour chaque valeur d’humidité relative a pu être calculée. En incorporant les valeurs de porosité et d’épaisseur dans trois modèles de perte de charge, il a été possible de représenter de façon satisfaisante les résultats expérimentaux. Enfin, une analyse rhéologique des poudres est proposée pour quantifier leur augmentation de cohésion sous humidité / Air quality has emerged as a major public environmental and health issue. Almost all fine particles in the air are man-made or manufactured and there are many questions regarding the impact of ultrafine (<100nm) particles on human health. Thus, in most cases, institutions use large-scale protection equipment to protect workers. These institutions often use particulate air filters placed within the flow of general ventilation. Almost all of the available data corresponds to standard ambient air conditions. Despite this, few studies focus on the interaction of water moisture on the deposit formed by these accumulated nanoparticles and the impact on the pressure drop. The first part of this study consists of the measurement of sorption isotherms of four nanostructured powders. A semi-predictive sorption model based on the theory of the multimolecular adsorption (described by the GAB equation) and on the capillary condensation (Kelvin’s law) was developed. The second part of the study experimentally describes the thickness and pressure drop variation of a porous medium formed by these nanostructured particles for different values of humidity. Through the thickness variation of the media - determined by laser trigonometry - and adsorption-condensation model, the porosity for each humidity value has been calculated. Following this, three pressure drop models available in the literature have been modified by introducing cake thickness and porosity variation according to relative humidity. This allows us to model the experimental data for all the samples. Finally, a rheological analysis of powders is proposed to quantify the cohesion changes under moisture conditions

L'augmentation du niveau de CO2 atmosphérique est un sujet de préoccupation publique notoire. Afin d'atténuer son impact sur l'environnement, il est urgent de réduire les émissions de CO2 d’origines anthropiques. Une méthode considérée comme viable est la capture de CO2 par des procédés d’adsorption en utilisant une classe émergente de matériaux, les Metal-Organic Frameworks (MOFs). A ce jour, l’évaluation des MOFs s’est principalement axée sur leurs performances de séparation (capacité, sélectivité et régénération). Cependant, des facteurs externes peuvent influer sur les performances globales des procédés. L’objectif de cette thèse est d’évaluer trois d’entre eux : la présence de vapeur d’eau dans les effluents gazeux, l’effet de la mise en forme des matériaux et l’effet d’une pression mécanique externe sur les performances d’adsorption de gaz. Il est montré que ces facteurs externes peuvent être utilisés pour améliorer les performances des procédés dans des conditions spécifiques. / The increase in atmospheric CO2 level is a notorious matter of public concern. To mitigate its impact on the environment, it is urgent to reduce emissions of anthropogenic CO2. A method considered by many as a viable option is CO2 capture by adsorption using an emerging class of materials, the Metal-Organic Frameworks (MOFs). To date, evaluation of MOFs has been mainly focused on the separation performance of the material looking at the capacity, selectivity and regeneration capability. However external factors can influence the overall performances of processes turning to industrial applications. The purpose of this thesis was to evaluate three of them: the presence of water vapor in post-combustion flue gases, the effect of shaping powders into pellets form and the effect of an external mechanical pressure on gas adsorption performance. Unexpectedly, it is shown that these external factors could be used to improve process performances under specific conditions.

Les filtres plissés à Très Haute Efficacité (THE) sont utilisés pour le maintien du confinement des substances radioactives dans les installations nucléaires ; ils constituent ainsi un des éléments sensibles de la sûreté nucléaire. Certains scénarios accidentels, comme l’apparition d’une brèche sur une tuyauterie avec relâchement de vapeur, peuvent conduire à une forte augmentation de l’humidité relative de l’effluent gazeux filtré. Ces travaux permettent de pallier le manque de données analytiques dans la littérature concernant le comportement des filtres plissés THE, en termes de variations de leur perte de charge et de leur efficacité, en cas d’exposition à un débit d’air humide non saturé. Des expériences de colmatage de filtres ont été réalisées sur un banc d’essais à l’aide de deux aérosols : un aérosol non-hygroscopique micronique d’alumine et un aérosol hygroscopique submicronique de chlorure de sodium. Les résultats ont mis en évidence que l’influence de l’humidité durant le colmatage d’un filtre THE dépend de plusieurs paramètres : la géométrie du filtre (plane ou plissée), la granulométrie et la nature hygroscopique de l’aérosol de colmatage et enfin, le temps d’interaction entre l’aérosol et l’air humide. Des mesures d’efficacité des filtres plissés vierges et à différents degrés de colmatage, réalisées avec l’aérosol normalisé d’uranine, se sont également révélées sensibles à la présence plus ou moins importante d’humidité relative dans l’air. Enfin, l’ensemble des résultats a permis d’élaborer une approche empirique d’estimation de l’évolution de la perte de charge d’un filtre THE ; le modèle qui en résulte est applicable durant la formation sous humidité d’un gâteau de particules sans réduction de la surface de filtration / Pleated High Efficiency Particulate Air (HEPA) filters are used for maintaining the containment of radioactive substances in nuclear plants; thus, they are sensitive elements of nuclear safety. Some accidental situations, such as the emergence of a hole on a pipe with release of steam, can lead to a high increase of the air humidity. This work can overcome the lack of analytical data in the literature regarding the behaviour of pleated HEPA filters, in terms of changes in pressure drop and efficiency, in presence of humidity (unsaturated air). Experimental clogging tests have been performed on a test bench with two aerosols: non-hygroscopic micronic alumina particles and hygroscopic submicronic sodium chloride particles. The results showed that the influence of humidity during the clogging of a HEPA filter depends on several parameters: the geometry of the filter (plane or pleated), the size distribution and hygroscopicity of the aerosol clogging and finally the interaction time between the aerosol and humid air. Measurements of efficiency of clean and clogged filters (at different degrees of clogging), performed with the normalized soda fluorescein aerosol, are also sensitive to the presence of more or less relative humidity in the air. Finally, all results helped to develop an empirical model for estimating the evolution of the pressure drop of HEPA filters; this model is applicable during the formation of the particulate cake in presence of humidity without reducing of the surface area filtration